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Spanende Bearbeitung von Hartlegierungen – Drehen und Schleifen. Teil II: Drehen von Hartlegierungen
Author(s) -
Packeisen A.,
Theisen W.
Publication year - 1999
Publication title -
materialwissenschaft und werkstofftechnik
Language(s) - German
Resource type - Journals
SCImago Journal Rank - 0.285
H-Index - 38
eISSN - 1521-4052
pISSN - 0933-5137
DOI - 10.1002/(sici)1521-4052(199904)30:4<208::aid-mawe208>3.0.co;2-k
Subject(s) - chemistry , physics , microbiology and biotechnology , biology
An ausgesuchten Hartlegierungen auf Eisenbasis (FeCr12C2.1, FeCr13Nb9MoTiC2.3, FeCr14Mo5WVC4.2) und Kobaltbasis (CoCr29W5C1.3) wurden Drehversuche im Schnittgeschwindigkeitsbereich von v c = 30 m/min bis 180 m/min durchgeführt. Als geeigneter Schneidstoff stellte sich polykristallines kubisches Bornitrid (PCBN) heraus. Die anschließenden Untersuchungen konzentrierten sich auf die Mechanismen der Spanbildung, des Schneidstoffverschleißes sowie der Surface Integrity des Werkstückes. Beim Drehen von Hartlegierungen unterliegt die Spanbildung hauptsächlich dem Einfluß von Werkstoffduktilität und ‐bruchzähigkeit. Während bei duktiler Matrix verformungsreiche Späne entstehen können, werden bei martensitisch gehärteten Legierungen verformungsarme Späne beobachtet. Mit zunehmender Spanungstiefe ergibt sich die Tendenz zum Scher‐ bzw. Segmentspan. Art und Anordnung der enthaltenen Hartphasen spielen eine entscheidende Rolle. Adhäsion ist der Hauptverschleißmechanismus auf der Spanfläche der Schneidplatte. Besonders starke Adhäsionseffekte treten beim Spanen der verfestigenden Kobaltbasislegierung in Erscheinung. Ein hoher Kobalt‐Anteil in der metallischen Bindephase des PCBN‐Schneidstoffes erweist sich bei diesem Werkstoff als Nachteil. Bei der Bearbeitung von Fe‐Basislegierungen wird die Adhäsion durch das mechanische Verhaken legierungsspezifischer Hartphasen im Schneidstoffbinder gefördert. Abrasion wirkt in erster Linie auf der Freifläche. Die harten Karbide des Werkstoffes erzeugen typische Furchen im Schneidkantenbereich des Werkzeuges. Die Verschleißmarkenbreite wächst mit steigendem Karbidgehalt an. Der gemessene Verschleiß durchläuft mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit ein Minimum. Während bei niedrigen Geschwindigkeiten die Bildung von Aufbauschneiden überwiegt, dominiert bei hohen Geschwindigkeiten die thermische Erweichung des PCBN‐Binders. Die Lage des Verschleißminimums ist neben der Spanungstemperatur auch von der Verfestigungsfähigkeit der Metallmatrix abhängig. Mit Anhebung der Schnittgeschwindigkeit sinkt die Schnittkraft kontinuierlich ab. Die höchsten Schnittkräfte ergeben sich für die Co‐Basislegierung. Die Passivkräfte entwickeln sich analog zum Schneidstoffverschleiß und variieren mit dem Volumengehalt und der Härte der beteiligten Hartphasen. Auch die Randzonenbeeinflussung wird von den gewählten Prozeßparametern bestimmt. Bei geringen Schnittgeschwindigkeiten und Prozeßtemperaturen wird die Oberfläche vorwiegend mechanisch beansprucht. Karbide brechen oder lösen sich von der umgebenden Matrix ab. Eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit bzw. der Prozeßtemperatur bewirkt, daß eutektische Karbide (M 7 C 3 ) mit der Metallmatrix verformt werden. Mikrohärteverläufe deuten auf oberflächennahe kaltverfestigte Zonen nach dem Drehen der Kobaltbasislegierung. Eisenbasismatrizes zeigen keine nennenswerten Härteänderungen in der Randzone. Obwohl auch bei höchster Schnittgeschwindigkeit keine Neuhärtezonen zu finden sind, wird die Matrix thermisch beeinflußt. Zugeigenspannungen in der bearbeiteten Randschicht sind die Folge. Die Oberflächengüte ist im unteren Schnittgeschwindigkeitsbereich durch Schuppen und Materialverquetschungen (Co‐Basislegierung) bzw. durch Ausbrüche (Fe‐Basislegierung) gekennzeichnet. Eine geringe Rauheit stellt sich erst mit Anhebung der Schnittgeschwindigkeit und einer möglichen Verformung eutektischer Hartphasen ein.