Platformă de cunoştinţe

Scule aşchietoare - care este acoperirea corectă?

Actualmente, aproximativ 95 % dintre tăişurile sculelor din carbură metalică sunt acoperite. Creşterea durităţii suprafeţei măreşte rezistenţa la uzură a sculei, reducerea rezistenţei la alunecare în timpul evacuării aşchiilor, determinată de suprafeţele extrem de netede, diminuează tendinţa de sudare, precum şi depunerile pe tăiş iar efectul de izolare al stratului creşte duritatea la cald. Rezultatul este obţinerea unor durate de viaţă semnificativ mai mari.

Pentru acoperire se utilizează în principal două proceduri: acoperire PVD (Physical Vapour Deposition) şi acoperire CVD (Chemical Vapour Deposition). 

Exemplu: Acoperire AlTiN

Acoperiri CVD

Depunerea chimică în faza de vapori (Chemical Vapor Deposition = CVD) este o metodă pentru realizarea unor acoperiri cu tensiune internă redusă prin intermediul reacţiilor chimice induse termic.  

Substanţele de bază ale acoperirii sunt vaporizate şi adăugate, în formă gazoasă, zonei de acoperire. Apoi gazul este fie descompus sau reacţionează cu alte substanţe de bază şi se depune apoi într-un strat subţire pe substrat. Acest proces poate avea loc în vid sau sub presiune atmosferică.  

Pentru a permite reacțiile suprafeţei sunt necesare temperaturi ale substratului de până la 1000 grade Celsius. Aceste procese pot fi sprijinite cu ajutorul plasmei, care creşte rata de reacţie, ceea ce permite reducerea temperaturii acoperirii.   

Procesul CVD este utilizat pentru a realiza acoperiri cu o grosime de 5 până la 12µm, în unele cazuri până la 20µm. Materialele utilizate sunt TiC, TiCN, TiN şi oxidul de aluminiu (Al203). Acoperirile pot fi aplicate ca strat unic sau multiplu. 

Caracteristicile acoperirii CVD

  • Tensiuni interne reduse ale acoperirii
  • Foarte bună aderenţă a stratului 
  • Capacitate de solicitare ridicată
  • Sunt posibile straturi de până la 20µm
  • Foarte bună omogenitate a acoperirii
  • Posibilitatea realizării acoperirii interioare şi a geometriilor complexe
  • La straturi mai groase, efect puternic de protecţie contra căldurii
  • La strunjirea şi frezarea fontei sunt posibile viteze de aşchiere accesibile în rest numai cu materiale de tăiere ceramice.
  • Temperaturile de proces ridicate determină o fragilizare mai puternică a substratului din carbură metalică şi reduc astfel tenacitatea tăişului.
  • Aplicarea straturilor groase de 20µm generează rotunjiri şi diminuează astfel ascuţimea tăişului. 

Acoperire cu diamant

Acoperirea cu diamant reprezintă o formă specială a acoperii CVD: Hidrogenul gazos aplicat este descompus în radicali de hidrogen fie prin intermediul temperaturilor ridicate (2000 grade Celsius) sau prin aprinderea plasmei. Aceşti radicali reacţionează cu gazul cu conţinut de carbon aplicat (de cele mai multe ori metan, CH4), ceea ce duce la depunerea carbonului pe suprafaţa substratului. Dacă sunt respectaţi parametrii de proces corecţi, acest carbon se depune sub forma cristalină de diamant. Acoperirile cu diamant sunt adecvate pentru prelucrarea materialelor puternic abrazive, cum ar fi grafitul sau componentele din CFK.

Domenii de utilizare CVD

Acoperirile CVD reprezintă prima opţiune atunci când primează rezistenţa la uzură, cum ar fi operaţiunile generale de strunjire a oţelurilor inoxidabile şi găurirea în oţel, unde acoperirile groase CVD asigură rezistenţa contra uzurii de crater. De asemenea la sortimentele de freze ISO P, ISO M şi ISO K. La găurire sortimentele CVD sunt utilizate în mod normal în tăişul exterior. 

Pentru orice alte întrebări suplimentare vă rugăm să vă adresaţi serviciului nostru de consultanţă.

Centrul nostru de servicii pentru clienţi disponibil de luni până vineri între orele 9:00 şi 20:00

Acoperiri PVD

Procedurile PVD se bazează exclusiv pe efecte fizice, spre deosebire de procedurile CVD. Este vorba despre un vapor de material care condensează pe suprafaţa substratului. Pentru ca particulele de vapori să ajungă pe piesă şi să nu se disipeze cu particulele de gaz, se lucrează cu subpresiune. Dat fiind că procesul de producţie PVD se derulează la temperaturi mai reduse, de la 400 până la 600 grade Celsius, proprietăţile materialului de bază sunt mai puţin afectate decât în cazul procedurii CVD. Din acest motiv tenacitatea carburilor speciale, cu granulaţie fină, se menţine în mare măsură.

În cazul acoperirii PVD se diferenţiază în principal patru variante de acoperire: Metalizare, pulverizare catodică (sputtering), vaporizare cu arc catodic şi placarea ionică. Cea mai importantă este pulverizarea catodică. Cu diferitele variante PVD pot fi acoperite aproape toate metalele şi chiar şi carbonul în formă foarte pură. Dacă în proces se adaugă gaze reactive, cum ar fi oxigenul, azotul sau hidrocarburi, se poate realiza şi precipitarea oxizilor, a nitrurilor sau a carbizilor.

Proprietăţile PVD

  • Mare puritate a straturilor
  • Influenţare termică redusă a substratului - tenacitatea se păstrează
  • Straturi din orice material
  • Toleranţă redusă a grosimii stratului
  • Rezistenţă de aderenţă excepţională (şi peste straturi intermediare suplimentare)
  • Grosimi de strat comparativ reduse 

Domenii de utilizare PVD

Sortimentele cu acoperire PVD sunt recomandate pentru materiale adezive, datorită tăişului tenace dar totodată ascuţit. Domeniile de utilizare includ toate frezele şi burghiele din carbură solidă, precum şi majoritatea sortimentelor pentru canelare, filetare şi frezare. În plus, sortimentele cu acoperire PVD sunt utilizate în mare măsură în operaţiuni de finisare, precum şi ca sortiment pentru tăieturi centrale la găurire. 

Multilayer

Dacă este necesară o tenacitate ridicată, se recomandă o acoperire multilayer. În acest caz sunt aplicate până la 2000 de straturi individuale care au o grosime de doar câţiva nanometri. Construcţia cu mai multe straturi împiedică propagarea spre interior a fisurilor apărute la aşchiere. Materialul desprins nu se poate infiltra atât de repede în tăiş, încât să îl fisureze. În acest fel, cu acoperiri cu patru straturi se obţin durate de viaţă mai mari. Pe lângă structura straturilor, este important stratul superior (toplayer). Astfel, cu precădere metalele neferoase prezintă tendinţa de formare a depunerilor pe tăiş, care cresc forţele de aşchiere şi temperaturile şi, în consecinţă, uzura sculei. Prin intermediul unui toplayer cu fricţiune redusă, această problemă este minimizată. 

Ce material de scule este adecvat pentru care aplicaţie?

În cazul acoperirii CVD materialele utilizate sunt de regulă TiC, TiCN, TiN şi oxidul de aluminiu (Al203). Cu diferitele variante PVD pot fi acoperite aproape toate metalele şi chiar şi carbonul. Pentru orientare aveţi la dispoziţie aici o vedere de ansamblu a caracteristicilor celor mai uzuale combinaţii:

TiN: Acoperire-titan-azotit

  • Cea mai folosită acoperire standard şi cu utilizare universală
  • Legătură chimică între titan şi azot
  • Nanoduritate: până la 24 Gigapascal (GPa)
  • Grosime strat de acoperire: 1-7 μm
  • Coeficient de frecare: 0,55μ
  • Temperatura de utilizare: 600 °C
  • Aplicație: oţel (N/mm²) < 900, alamă şi fontă
  • În aluminiu numai cu maşini unelte staţionare şi răcire forţată cu lichid
  • Răcirea este recomandabilă
  • Durată de viaţă de trei până la patru ori mai mare comparativ cu sculele fără acoperire

TiAlN: Acoperire-titan-aluminiu-azotit

  • Acoperire cu aplicaţie multilaterală
  • În funcţie de aplicaţie, durate de viaţă de până la zece ori mai mari
  • Duritate ridicată la cald şi rezistenţă la oxidare
  • Viteză mare de aşchiere
  • Legătură chimică între titan, aluminiu şi azot
  • Nanoduritate: până la 35 Gigapascal (GPa)
  • Grosime strat de acoperire: 1-4 μm
  • Coeficient de frecare: 0,5μ
  • Temperatura de utilizare: 800 °C
  • Aplicație: Oţel (N/mm²) < 1.100, oţel inoxidabil (oţel înnobilat), aliaje din titan, fontă, aluminiu, alamă, bronz şi material plastic
  • Răcirea nu este absolut necesară

AlTiN: Acoperire-aluminiu-titan-azotit

  • În funcţie de aplicaţie, durate de viaţă de până la paisprezece ori mai mari
  • Duritate la cald şi rezistenţă la oxidare foarte mari
  • Legătură chimică între aluminiu, titan şi azot
  • Nanoduritate: până la 38 Gigapascal (GPa)
  • Grosime strat de acoperire: 1-4 μm
  • Coeficient de frecare: 0,7μ
  • Temperatura de utilizare: 900 °C
  • Aplicație: Oţel (N/mm²) < 1.300, oţel inoxidabil (oţel înnobilat)
  • Răcirea nu este absolut necesară

TiCN: Acoperire-titan-carbon-azotit

  • În funcţie de aplicaţie, durate de viaţă de până la patru până la cinci ori mai mari
  • Duritate foarte mare, dublată de o bună tenacitate
  • Legătură chimică între titan, carbon şi azot
  • Nanoduritate: până la 32GPa
  • Grosime strat de acoperire: 1-4 μm
  • Coeficient de frecare: 0,2μ
  • Temperatura de utilizare: 400 °C
  • Aplicație: Oţel (N/mm²) < 1.300, oţel inoxidabil (oţel înnobilat)
  • Răcirea este necesară la viteze ridicate de aşchiere