CH669796A5 - - Google Patents

Description

669 796

PATENTANSPRUCH

Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeuges aus einer Legierung auf der Basis von Eisen mit einer verschleiss-festen Schicht auf der Basis von Einlagerungsphasen, wobei in einer Vakuumkammer eine elektrische Vorspannung an das Schneidwerkzeug angelegt wird, das Schneidwerkzeug durch Bombardierung mit Ionen eines durch eine Bogenent-ladung verdampfenden Kathodenwerkstoffes erwärmt und gereinigt wird, die Vorspannung bis auf die zur Bildung der verschleissfesten Schicht erforderliche Spannung abgesenkt wird, die verschleissfeste Schicht in einer vorgegebenen Dik-ke durch Zusammenwirkung des verdampfenden Kathodenwerkstoffes mit einem der Vakuumkammer zugeführten Reagenzgas gebildet und das Schneidwerkzeug ausgeglüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass

- als Kathodenwerkstoff Titan bzw. eine Legierung auf der Basis von Titan verwendet wird,

- nach Bildung der verschleissfesten Schicht in der vorgegebenen Dicke die Vorspannung auf eine Grösse erhöht wird, die der bei der Erwärmung und Reinigung angewendeten Vorspannung entspricht und in die Vakuumkammer ein sauerstoffhaltiges Gxidations-Reduktions-Gas oder-Gasge-misch eingeleitet wird, wobei das Schneidwerkzeug auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System erwärmt wird, und

- das Ausglühen im sauerstoffhaltigen Oxidations-Re-duktions-Gas bzw. -Gasgemisch während 10 bis 40 Minuten bei der Temperatur der martensitischen Umwandlung im pseudobinären «Eisen-Titan»-System erfolgt.

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein solches Verfahren eignet sich zur Herstellung verschiedenartiger Schneidwerkzeuge, wie beispielsweise Bohrer, Meissel und Fräser, die aus Legierungen auf der Grundlage von Eisen, insbesondere von Stählen, gefertigt werden und die erhöhten Belastungen standhalten müssen.

Zur Erhöhung der Standzeiten von Schneidwerkzeugen tendiert man heute auf das Auftragen verschleissfester Schichten, die sich aus Einlagerungsphasen auf der Basis von Metallen der III.-IV. Gruppe des Periodensystems der Elemente zusammensetzen. Einige dieser Metalle, beispielsweise Zr, Hf, La, AI, Fe, Co und Mn werden bei der Abkühlung von etwa 1000 C auf Raumtemperatur polymorphen Umwandlungen ausgesetzt bzw. bilden Einlagerungsphasen verschiedener Modifikationen, die ebenfalls bei der Abkühlung zu polymorphen Umwandlungen neigen. Bekanntlich erfolgen sämtliche polymorphen Umwandlungen der Metalle und der Einlagerungsphasen durch Veränderung der Struktur ihres Kristallgitters. Dadurch treten Spannungen in ihnen auf und physikalische Eigenschaften verändern sich, beispielsweise das spezifische Volumen und die magnetische Hystérésis. Ferner verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Verformbarkeit.

Bei Kristallisation solcher Metalle sowie der Einlagerungsphasen aus dem flüssigen oder gasförmigen Zustand bildet ein Bestandteil derselben rückständige, instabile Modifikationen, die keinen polymorphen Umwandlungen unterworfen waren. Die Ungleichartigkeit einer solchen Phasenzusammensetzung verursacht eine Instabilität der mechanischen Kenndaten dieser Metalle und Einlagerungsphasen.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallerzeugnisses mit einer verschleissfesten Schicht auf der Basis einer Einlagerungsphase (Aluminiumoxid)

wird diese bei der Abkühlung polymorphen Umwandlungen ausgesetzt. Die verschleissfeste Schicht wird dabei auf das Hartmetallerzeugnis im Gasphasenverfahren aufgetragen, welches insbesondere durch eine hohe Temperatur von 900 °C-1250 ' C gekennzeichnet ist. Bei dieser Temperatur wird das Erzeugnis während 1-3 Stunden in einem Alumini-umhalogenid-Wasserdampf- und Wasserstoffmedium gehalten. Für die Herstellung einer verschleissfesten Schicht aus Aluminiumoxid der a-Modifikation beträgt das Verhältnis des Wasserdampfes zum Wasserstoff 0,025-2,0. Diese a-Mo-difikation ist besonders stabil bei einer Erwärmung bis auf eine Temperatur von etwa 2000 °C, sie ist frei von Beimengungen von Alkalimetallen, die in anderen, weniger stabilen Modifikationen des Aluminiumoxids vorhanden sind.

Hierdurch kann in diesem bekannten Verfahren eine verschleissfeste Schicht aus Einlagerungsphasen der Übergangsmetalle auf ein Erzeugnis aufgetragen werden, dass aus Hartmetall besteht. Ein solches Verfahren ist jedoch für ein Schneidwerkzeug, das aus einem Stahl mit einer niedrigeren Entfestigungstemperatur gegenüber den Hartmetallegierungen besteht, nicht geeignet.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs wird als Kathodenwerkstoff eine Legierung auf der Basis von Molybdän verwendet, wobei bei der Abkühlung keine polymorphen Umwandlungen erfolgen und die verschleissfeste Schicht aus Molybdäncarbid gebildet wird. Molybdäncarbid weist jedoch eine niedrige Oxida-tionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und thermodynamische Stabilität auf. Molybdäncarbid ist ferner mit dem Nachteil behaftet, sich bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt zu zerlegen, so dass die Molybdäncar-bidschicht keine ausreichende Verschleissfestigkeit aufweist.

Zum Herabsetzen der inneren Spannungen in der verschleissfesten Schicht auf der Basis von Molybdäncarbid wird das Schneidwerkzeug einem stufenartigen Vakuumglühen ausgesetzt. Hervorzuheben ist dabei, dass das Vakuumglühen zu einer teilweisen Entfestigung der verschleissfesten Schicht sowie des Schneidwerkzeuges selbst führt, wodurch seine Standzeit verringert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeuges mit einem solchen Verlauf seiner Wärmebehandlung zu schaffen, dass beim Auftragen der verschleissfesten Schicht auf der Basis von Einlagerungsphasen der Metalle mit polymorphen Umwandlungen eine besonders stabile Modifikation in der Oberflächenschicht des Schneidwerkzeuges und in Mikrovo-lumina der verschleissfesten Schicht und dadurch auch eine Erhöhung der Festigkeit des Schneidwerkzeuges gewährleistet ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren lassen sich die Betriebskenndaten des Schneidwerkzeuges derart verbessern, dass seine Standzeit mindestens auf das 1,5-fache erhöht wird. Die Erhöhung der Standzeit ist auf eine Erhöhung der Beständigkeit der verschleissfesten Schicht zurückzuführen, die auf der Basis von Einlagerungsphasen aus Titan, insbesondere von Titannitriden, gebildet ist. Diese stellen besonders hochschmelzende, zu einer polymorphen Umwandlung nicht fähige Verbindungen dar. Eine weitere Erhöhung der Standzeit ergibt sich dadurch, dass das Titan, in welchem bei der Abkühlung polymorphe Umwandlungen in der Oberflä-chenschicht des Schneidwerkzeuges und in der auf die Ober-flächenschicht aufgetragenen verschleissfesten Schicht selbst erfolgen, sich in Form einer stabilen a-Modifikation befindet. Dabei verringern sich die inneren Spannungen sowohl in der verschleissfesten Schicht selbst als auch in der Oberflä-chenschicht des Schneidwerkzeuges, so dass eine festere Verbindung der verschleissfesten Schicht mit der Oberflächen-schicht des Schneidwerkzeuges begünstigt wird. Dadurch ist

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

669 796

25

ein Ablösen der verschleissfesten Schicht beim Betrieb des Schneidwerkzeuges ausgeschlossen.

Das Vorkommen von Titan in der Oberflächenschicht des Schneidwerkzeuges sowie in der verschleissfesten Schicht selbst ist auf die Ionen-Bombardierung während des Herstel- 5 lungsverfahrens der verschleissfesten Schicht und insbesondere auf die Fähigkeit der Titanionen zurückzuführen, sich in die Oberflächenschicht während der Erwärmung und Reinigung vor der Schichtbildung einzulagern. Titan ist auch im Mikrovolumina der verschleissfesten Schicht auf der Basis io seiner hochschmelzenden Verbindung in Form einer Tropfphase vorhanden.

Die Erzielung einer stabilen Gleichgewichts-a-Modifika-tion von Titan ist durch die Erwärmung des Schneidwerkzeuges in einer Vakuumkammer nach der Beschichtung so- '5 wie durch das anschliessende Ausglühen möglich.

Bei der Erwärmung des Schneidwerkzeuges in der Vakuumkammer auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System erfolgt der Zerfall der instabilen ß-Modifikation von Titan in eine stabi-20 le a-Modifikation und in eine Reihe von seinen instabilen Zwischenphasen a', a", die in der Stufe des Ausglühens bei der Erwärmung auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System auch in eine stabile a-Modifikation des Titans übergehen.

Die Verwendung eines sauerstoffhaltigen Oxidations-Re-duktions-Gases bzw. -Gasgemisches trägt insbesondere wegen seiner Sauerstoffkomponente zur Bildung einer stabilen a-Modifikation von Titan bei.

Nachfolgend wird die Durchführung des erfindungsge- 30 mässen Verfahrens anhand einer konkreten Variante näher erläutert:

Zunächst wird ein Schneidwerkzeug aus einer Legierung auf der Basis von Eisen, insbesondere aus einem Schneidwerkstoff, beispielsweise Schnellarbeitsstahl, hergestellt. 35

Das Schneidwerkzeug wird in eine Vakuumkammer eingebracht, in welcher eine Kathode angeordnet ist. Die Kathode besteht aus einem polymorphen Metall bzw. aus einer Legierung davon, die einen Bestandteil der zu bildenden verschleissfesten Schicht enthält. Als Kathodenwerkstoff dient 40 Titan bzw. eine Legierung auf der Basis von Titan.

Nach dem Evakuieren der Kammer wird in dieser eine Bogenentladung zum Verdampfen des Kathodenwerkstoffes erzeugt. An das Schneidwerkzeug wird eine elektrische Vorspannung zwischen 800 und 10 000 V angelegt, um dieses 45 durch Bombardierung mit Ionen des durch die Bogenentladung verdampfenden Kathodenwerkstoffes zu erwärmen und an seiner Oberfläche zu reinigen. Die Erwärmung erfolgt bis zu einer Temperatur, bei der noch keine Entfesti-gung des Werkstoffes des Schneidwerkzeuges eintritt. Diese 50 Temperatur wird mittels eines Pyrometers überwacht.

Anschliessend wird die an das Schneidwerkzeug angelegte Vorspannung auf einen Wert abgesenkt, der eine Kondensation des verdampfenden Kathodenwerkstoffes an der Oberfläche des Schneidwerkzeuges gewährleistet. Die Grösse 55 dieser Vorspannung liegt bekanntlich in einem Bereich zwischen 25 und 750 V. Gleichzeitig wird in die Vakuumkammer ein Reagenzgas eingeführt, welches mit dem verdampfenden Kathodenwerkstoff zur Bildung der verschleissfesten Schicht zusammenwirkt. Als Reagenzgas dienen beispiels- 60 weise solche Gase wie Stickstoff, Methan und Boran.

Die Zuführung des Reagenzgases erfolgt bekanntlich unter einem Druck zwischen 6,665 x 10 2 und 6,665 x 10 5 mbar.

Nach Bildung der verschleissfesten Schicht von vorgege- 65 bener Dicke, die durch die Dauer der Zuführung von Reagenzgas bestimmt wird, wird der Vakuumkammer ein sauerstoffhaltiges Oxidations-Reduktions-Gas bzw. -Gasgemisch unter Beibehaltung des Druckes innerhalb des gleichen Bereiches wie bei der Zuführung des Reagenzgases zugeführt.

Als sauerstoffhaltiges Oxidations-Reduktions-Gas bzw. -Gasgemisch dient in der Regel Luft. Es lassen sich aber auch andere Gase, wie beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoffoxid verwenden.

Gleichzeitig mit der Zuführung des sauerstoffhaltigen Oxidations-Reduktions-Gases bzw. -Gasgemisches wird die am Schneidwerkzeug anliegende Vorspannung bis auf einen Wert erhöht, der der bei der Erwärmung und Reinigung angewendeten Vorspannung von 800 bis 10 000 V entspricht. Dabei wird das Schneidwerkzeug auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan» -System erwärmt. Die Legierungen des pseudobinären «Ei-sen-Titan»-Systems entstehen in den Oberflächenschichten des Schneidwerkzeuges während seiner Reinigung und Erwärmung mittels der Titan-Ionen-Bombardierung. In diesem Systen versteht man unter dem Begriff «Eisen» einen Stahl bestimmter Zusammensetzung, aus dem das Schneidwerkzeug hergestellt ist. Der Begriff «Titan» schliesst im vorliegenden Zusammenhang auch eine Titanlegierung ein, aus der die Kathode hergestellt ist.

Bei der genannten Temperatur erfolgt der Zerfall der instabilen ß-Modifikation von Titan in eine Reihe von Zwischenphasen, beispielsweise a', a" sowie in eine stabile a-Modifikation von Titan. Der konkrete Wert der Temperatur des eutektischen Zerfalls unter Bedingungen bei der Ionenbombardierung wird in Versuchen ermittelt. Er hängt von der Zusammensetzung des pseudobinären «Eisen-Titan»-Sy-stems ab und liegt in einem Bereich zwischen 350 und 500 C. Die Erwärmung erfolgt in Gegenwart eines sauerstoffhaltigen Oxidations-Reduktions- Gases oder eines sauerstoffhaltigen Oxidation-Reduktion-Gasgemisches, dessen Komponenten, insbesondere Sauerstoff, zur Entstehung der a-Modifikation von Titan beitragen. Bei der Erwärmung auf Temperaturwerte, die über den genannten Bereich hinausgehen, kommt kein Zerfall der ß-Modifikation zustande.

. Nach der Erreichung dieser Temperatur, die mit einem Pyrometer kontrolliert wird, wird die Zuführung des Reagenzgases und des sauerstoffhaltigen Oxidations-Reduk-tions-Gases beziehungsweise -Gasgemisches eingestellt, die Vorspannung vom Schneidwerkzeug weggenommen und die Bogenentladung ausgeschaltet.

Danach wird das Schneidwerkzeug in einem beliebigen Erhitzer, beispielsweise in einem Ofen, im Medium eines sauerstoffhaltigen Oxidation-Reduktion-Gases beziehungsweise -Gasgemisches bei der Temperatur der martensitischen Umwandlung in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System ausgeglüht. Dabei können das Gas beziehungsweise das Gasgemisch die gleichen wie bei der Erhitzung nach dem Auftragen der Schicht sein.

Bei der Temperatur der martensitischen Umwandlung erfolgt der Übergang der instabilen Zwischenphasen vom Typ a', a" in eine Gleichgewichts-a-Modifikation von Titan. Der Wert der Temperatur der martensitischen Umwandlung wird auch in Versuchen ermittelt und hängt von der Zusammensetzung der Komponenten des pseudobinären Systems ab; er liegt in einem Bereich von 150 bis 380 °C.

Die Verweilzeit des Werkzeuges beim Ausglühen hängt von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto geringer ist die Verweilzeit. Bei einer Verweilzeit unter 10 Minuten verläuft die martensitische Umwandlung in den Legierungen des pseudobinären «Eisen-Titan»-Systems nicht vollständig, und eine Verweilzeit über 40 Minuten ist nicht erforderlich, weil die Umwandlung vorher vollständig erfolgt ist.

Nach dem Ausglühen wird das Werkzeug auf Raumtemperatur abgekühlt.

669 796

4

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Ausführungsbeispiele angeführt.

Beispiel 1

Man fertigte einen Satz von Spiralbohrern in einer Anzahl von 10 Stück und einem Durchmesser von 5 mm aus einem Schnellarbeitsstahl folgender Zusammensetzung, in Ma.-%: C-0,85; Cr-3,6; W-6,0; V-2,0; Mo-5,0; Fe-Rest. Der von mechanischen Beimengungen und von Öl gereinigte Bohrersatz wurde in der Vakuumkammer der bekannten Anlage für das Auftragen von verschleissfesten Schichten im Verfahren der Kondensation eines Werkstoffes mittels Ionenbombardierung eingebracht. Die Kammer evakuierte man auf einen Druck von 6,665-10~5 mbar, an die Bohrer legte man eine Vorspannung von 1100 V, erregte in der Kammer eine Bogenentladung, verdampfte mit ihr die aus Titan gefertigte Kathode, dann erfolgte die Reinigung der Bohreroberfläche und ihre Erwärmung auf eine Temperatur von 520 °C. Dabei entstanden in den Oberflächenschichten des Werkzeuges Legierungen des pseudobinären «Eisen-Ti-tan»-Systems, in dem unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung verstanden wurde.

Danach senkte man die Vorspannung auf 200 V und führte der Kammer Stickstoff zu, der dabei Reagenzgas darstellte. Der Druck in der Kammer betrug dabei 4-10~3 mbar. Den Stickstoff führte man während einer Stunde zu und bildete an der Oberfläche der Bohrer eine verschleissfeste Schicht aus Titannitrid mit einer Dicke von 6 (xm.

Dann erhöhte man die Vorspannung an den Bohrern auf 1100 V, gleich wie der Reinigung und Erwärmung, und gleichzeitig begann man, der Kammer Luft zuzuführen, die ein sauerstoffhaltiges Oxidations-Reduktions-Gasgemisch darstellt, wobei der "Druck in der Kammer auf dem früheren Wert gehalten wurde.

Dabei wurden die Bohrer mit der verschleissfesten Schicht auf eine Temperatur von 500 CC erwärmt, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System. Nach Erreichung dieser Temperatur wurde die Zuführung von Reagenzgas und Luft eingestellt, die Bogenentladung ausgeschaltet, die Vorspannung weggenommen und die Bohrer in der Kammer wurden auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurden die Bohrer ausgeglüht. Hierfür wurde der Bohrersatz in einen Ofen gebracht und im Medium von Luft, die als sauerstoffhaltiges Oxidations-Reduktions-Gasgemisch verwendet wird, auf eine Temperatur von 300° erwärmt, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System, und dann bei dieser Temperatur während 30 Minuten gehalten. Danach wurden die Bohrer auf Raumtemperatur gekühlt. Die Standzeitprüfungen des Satzes der Bohrer 0 5 mm wurden beim Bohren von Löchern in Stahl folgender Zusammensetzung, in Ma.-%: C-0,42, bis 0,49; Fe-Rest, auf einer Senkrecht-bohrmaschine in Gegenwart beliebiger bekannter Schmier-und Kühlflüssigkeit bei folgenden Zerspannungsbedingun-gen: Geschwindigkeit V-45 m/min; Vorschub S-0,18 m/U; Bohrtiefe — 1 = 3d= 15 mm durchgeführt. Abstumpfungskriterium - das Geknarre des Bohrers. Durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer gebohrten Löcher beträgt 330.

Beispiel 2

Man fertigte einen Satz von Bohrern wie in Beispiel 1 beschrieben, und es wurde eine ähnliche wie im Beispiel 1 beschriebene verschleissfeste Schicht mit Ausnahme dessen aufgetragen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Legierung auf der Grundlage von Titan folgender Zusammensetzung in

Ma.-%: AI—1,4; Mn-1,3; Rest Ti einsetzte. Dabei wurde an der Bohreroberfläche eine verschleissfeste Schicht mit einer Dicke von 6 jxm aus einer Einlagerungsphase auf der Grundlage von TiN gebildet.

Im weiteren wurde das Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben ausgeführt, mit Ausnahme dessen, dass die Bohrer auf eine Temperatur von 480 °C erwärmt wurden, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System, in dem unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung gemeint wurden. Beim Ausglühen wurden die Bohrer auf eine Temperatur von 200 °C erwärmt, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären System erwärmt und während 40 Minuten gehalten.

Die Standzeitprüfungen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 315.

Beispiel 3

Man fertigte einen Satz von Bohrern wie in Beispiel 1 beschrieben, und es wurde ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben eine verschleissfeste Schicht aufgetragen, mit Ausnahme dessen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Legierung auf Titangrundlage folgender Zusammensetzung in Ma.-% verwendete: Al-2,5; Mn-1,2 und Titan-Rest. Dabei wurde an der Oberfläche der Bohrer eine verschleissfeste Schicht aus der Einlagerungsphase auf der Grundlage von TiN mit einer Dicke von 6 um gebildet. Im weiteren wurde das Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben realisiert, mit Ausnahme dessen, dass man die Bohrer auf eine Temperatur von 490 C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erhitzte, in dem man unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung versteht. Beim Ausglühen wurden die Bohrer auf eine Temperatur von 280 C, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären System, erwärmt und während 20 Minuten gehalten.

Die Standzeitprüfungen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 310.

Beispiel 4

Man fertigte einen Satz von Bohrern gemäss Beispiel 1 und trug ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben eine verschleissfeste Schicht auf, mit Ausnahme dessen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Legierung auf Titangrundlage folgender Zusammensetzung in Ma.-%: Al-6; Sn-3 und Ti-Rest verwendete. Dabei wurde an der Oberfläche der Bohrer eine verschleissfeste Schicht mit einer Dicke von 6 (im aus einer Einlagerungsphase auf der Grundlage von TiN gebildet. Im weiteren wurde das Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben realisiert, mit Ausnahme dessen, dass man die Bohrer auf eine Temperatur von 350 °C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erhitzte, in dem man unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung verstand. Beim Ausglühen wurden die Bohrer auf eine Temperatur von 320 C, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmt, in dem man unter dem Be5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

669 796

griff «Eisen» Schnellarbeitstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung versteht. Beim Ausglühen wurden die Bohrer auf eine Temperatur von 320 °C, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmt und während 20 Minuten gehalten.

Die Standzeitprüfungen führte man wie in Beispiel 1 beschrieben durch. Die durchschnitthche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 350.

Beispiel 5

Man fertigte einen Satz von Bohrern ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, und es wurde eine verschleissfeste Schicht wie in Beispiel 1 beschrieben mit Ausnahme dessen aufgetragen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Legierung auf Titangrundlage folgender Zusammensetzung in Ma.-% verwendete: Al-6; Ti-Rest. Dabei wurde die verschleissfeste Schicht mit einer Dicke von 6 p.m aus der Einlagerungsphase auf der Grundlage von TiN gebildet. Dann wurde die Vorspannung auf 1100 V erhöht, und gleichzeitig begann man, der Vakuumkammer C02 als sauerstoffhaltiges Oxidations-Reduktions-Gas zuzuführen. Dabei wurden die Bohrer auf eine Temperatur von 400 °C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmt, in dem man unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung verstand. Beim Ausglühen wurden die Bohrer im C02-Medium auf eine Temperatur von 290 CC, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmt und während 35 Minuten gehalten.

Die Standzeitprüfungen führte man wie in Beispiel 1 beschrieben durch. Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 300.

Beispiel 6

Man fertigte einen Satz von Bohrern gemäss Beispiel 1 und trug eine verschleissfeste Schicht, wie in Beispiel 1 beschrieben auf, mit Ausnahme dessen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Legierung auf Titangrundlage folgender Zusammensetzung in Ma.-% verwendete: AI — 30, Ti-Rest. Dabei wurde die verschleissfeste Schicht mit einer Stärke von 6 (im aus der Einlagerungsphase auf der Grundlage von TiN gebildet. Dann wurde die Vorspannung an den Bohrern auf 1100 V erhöht, und man begann gleichzeitig der Vakuumkammer N20 als sauerstoffhaltiges Oxidations-Reduktions-Gas zuzuführen. Dabei wurden die Bohrer auf eine Temperatur von 480 °C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-Sy-stem, erwärmt, in dem man unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung verstand. Beim Ausglühen wurden die Bohrer im N20-Medium bis auf eine Temperatur von 380 °C, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären System, erwärmt und während 10 Minuten gehalten.

Die Standzeitprüfungen führte man, wie in Beispiel 1 beschrieben, durch. Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 306.

Beispiel 7

Man fertigte einen Satz von Bohrern wie in Beispiel 1 beschrieben, und es wurde eine verschleissfeste Schicht, wie in

Beispiel 1 beschrieben, mit Ausnahme dessen aufgetragen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Titanlegierung folgender Zusammensetzung in Ma.-%: verwendete: Al-6; V-4 und Ti-Rest. Dabei wurde die verschleissfeste Schicht mit einer Dicke von 6 um aus der Einlagerungsphase auf der Grundlage von TiN gebildet. Im weiteren wurde das Verfahren, wie in Beispiel 1 besehrieben, mit Ausnahme dessen realisiert, dass man die Bohrer auf eine Temperatur von 450 °C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmte, in den man unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung verstand. Beim Ausglühen wurden die Bohrer im C02-Medium bis auf eine Temperatur von 310 °C, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären «Eisen-Ti-tan»-System, erwärmt und während 25 Minuten in einem Ofen gehalten.

Die Standzeitprüfungen des Bohrersatzes führte man, wie in Beispiel 1 beschrieben, durch. Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 335.

Beispiel 8

Man fertigte einen Satz von Bohrern, wie in Beispiel 1 beschrieben, und es wurde eine verschleissfeste Schicht wie in Beispiel 1 beschrieben, mit Ausnahme dessen aufgetragen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Titanlegierung folgender Zusammensetzung in Ma.-%: Al-8; Nb-2 und Ti-Rest und als Reagenzgas Methan verwendete. Dabei wurde die verschleissfeste Schicht mit einer Dicke von 6 |im aus der Einlagerungsphase auf der Grundlage von Titankarbid' gebildet. Im weiteren wurde das Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben, mit Ausnahme dessen realisiert, dass man die Bohrer auf eine Temperatur von 500 °C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmte, in dem man unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung verstand. Beim Ausglühen wurden die Bohrer auf eine Temperatur von 320 CC, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System erwärmt und während 30 Minuten in einem Ofen gehalten.

Die Standzeitprüfungen führte man wie in Beispiel I beschrieben, durch. Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 309.

Beispiel 9

Man fertigte einen Satz von Bohrern wie in Beispiel I beschrieben, und es wurde eine verschleissfeste Schicht wie in Beispiel 1 beschrieben, mit Ausnahme dessen aufgetragen, dass man als Kathodenwerkstoff eine Titanlegierung folgender Zusammensetzung in Ma.-%: Pd —0,3 und Titan-Rest und als Reagenzgas Boran verwendete. Dabei wurde die verschleissfeste Schicht mit einer Dicke von 6 |im aus der Einlagerungsphase auf der Grundlage von Titandiborid gebildet. Im weiteren wurde das Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben, mit Ausnahme dessen realisiert, dass man die Bohrer auf eine Temperatur von 490 C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in einem pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmte, in dem man unter dem Begriff «Eisen» Schnellarbeitsstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung versteht. Beim Ausglühen wurden die Bohrer auf eine Tempera-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

669 796

6

tur von 300 C, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären System, erwärmt und während 35 Minuten gehalten.

Die Standzeitprüfungen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 319.

Beispiel 10

Man fertigte einen Satz von Spiralbohrern in einer Anzahl von 10 Stück mit einem Durchmesser von 5 mm aus Werkzeugstahl folgender Zusammensetzung in Ma.-%: C—1,0; Cr—6,0; W—1,3; V —0,5 und Fe-Rest. Der von mechanischen Verunreinigungen und vom Öl gereinigte Bohrersatz wurde in der Vakuumkammer der bekannten Anlage für das Auftragen einer verschleissfesten Schicht nach dem Verfahren der Kondensation eines Werkstoffs mittels Bombardierung untergebracht. Die Kammer evakuierte man auf einen Druck von 6,665T0-5 mbar, an die Bohrer wurde eine Vorspannung von 900 V angelegt, in der Kammer wurde eine Bogenentladung erregt und eine Kathode verdampft, die aus einer Legierung auf der Titangrundlage folgender Zusammensetzung in Gew.% gefertigt wurde: AI—6,5; Cr —0,9; Si —0,4; Fe— 0,6; B —0,1 und Ti-Rest. Man führte die Reinigung der Oberfläche der Bohrer und ihre Erwärmung auf eine Temperatur von 200 C durch. Dabei entstanden in den Oberflächenschichten der Bohrer Legierungen des pseudobinären «Eisen-Titan»-Systems, in dem man unter dem Begriff «Eisen» Werkzeugstahl der genannten Zusammensetzung und unter dem Begriff «Titan» eine Titanlegierung des Kathodenwerkstoffs der genannten Zusammensetzung verstand. Danach wurde die Vorspannung auf 80 V

herabgesetzt, und man begann, der Kammer Stickstoff als Reagenzgas zuzuführen. Der Druck in der Vakuumkammer betrug dabei 2,665-10-3 mbar. Beim Zusammenwirken des Stickstoffs mit dem zu verdampfenden Kathodenwerkstoff 5 während einer Stunde wurde an der Bohreroberfläche eine verschleissfeste Schicht mit einer Dicke von 6 |im auf der Grundlage von Titannitrid gebildet. Danach begann man, der Vakuumkammer Luft als sauerstoffhaltiges Oxidations-Reduktions-Gasgemisch zuzuführen, wobei der Druck in der io Kammer in der gleichen Höhe gehalten wurde. Gleichzeitig wurde die Vorspannung an den Bohrern auf 900 V erhöht. Die Bohrer erwärmte man auf eine Temperatur von 350 C, das heisst auf die Temperatur des eutektischen Zerfalls in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System. Nach 15 der Erreichung dieser Temperatur wurde die Zuführung von Reagenzgas und Luft eingestellt, die Bogenentladung ausgeschaltet, die Vorspannung von den Bohrern weggenommen, und sie wurden auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurde das Schneidwerkzeug dem Ausglühen ausgesetzt. Hierfür 20 wurde der Bohrersatz in einem Ofen untergebracht und im Luftmedium bis auf eine Temperatur von 150 °C, das heisst auf die Temperatur der martensitischen Umwandlung in dem genannten pseudobinären «Eisen-Titan»-System, erwärmt und im Ofen während 30 Minuten gehalten. Danach 25 wurden die Bohrer auf Raumtemperatur abgekühlt.

Die Standzeitprüfungen führte man wie in Beispiel 1 beschrieben mit Ausnahme dessen durch, dass die Schnittgeschwindigkeit V = 32 m/min, die Bohrtiefe 1 = d = 5 mm betrug.

30 Die durchschnittliche Anzahl der mit einem Bohrer durchgebohrten Löcher betrug 70.

C