Brevet FR2384576A1 — publié le 19781020

La présente invention concerne un outil de coupe, et plus parti culièrement, une plaquette de coupe amovible pour l'usinage des métaux, comportant un substrat en alliage métallique dur et un revêtement mince et adhérent au moins sur les parties actives de l'outil. Les plaquettes de coupe sont réalisées habituellement en un alliage constitué de carbure de tungstène, d'un ou plusieurs carbures de métaux des groupes IV et V de la classification périodique (c'est-à-dire Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta) - il s'agit le plus souvent d'un mélange TaC + TiC - et d'un métal liant du groupe fer, nickel, cobalt, le plus souvent le cobalt. Pour améliorer la résistance à l'usure, et par conséquent, la durée de vie de ces plaquettes, il est fréquent de les revetir d'une ou plusieurs couches minces, par exemple de carbure de titane, de nitrure de titane, ou de la superposition des deux. Le revetement de carbure de titane améliore nettement la résistance à l'usure en dépouille, mais résiste mal à l'usure en cratère, Au contraire, un revêtement en nitrure de titane possède des propriétés inverses. Il était donc naturel de chercher à associer ces deux propriétés. Ainsi le brevet français n0 2 170 258 déposé le 5.2.1973 propose un revêtement bicouche avec TiC du côté du support et TiN sur la surface extérieure. Mais, lorsque la couche de TiN est usée, on passe brutalement sur la couche de TiC avec une chute instantanée de la résistance à la cratérisation. Le même brevet propose également un revêtement dont la composition évolue progressivement de TiC du cêté du substrat à TiN à la superficie en passant par des compositions intermédiaires de carbonitrures. Lorsque le revêtement s'use en service, il est impossible avec un tel produit d'obtenir des caractéristiques de coupe constantes dans le temps, puisque ces caractéristiques varient avec la composition du revêtement, ce qui est gênant en particulier pour les outils montés sur des machines-transfert fonctionnant à grande vitesse. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et d'obtenir un revêtement sur un outil de coupe qui lui confère des caractéristiques de coupe constantes dans le temps et qui résiste aussi bien à l'usure en dépuille qu'à l'usure en cratère, même pour des vitesses de coupe élevées, ce qui permet d'améliorer la durée de vie de ces outils. La demanderesse a découvert que, pour chaque type de substrat utilisé, à l'intérieur d'une certaine plage de compositions de ce substrat, il existait une composition particulière et relativement étroite de carbonitrure de titane qui conférait aux outils revêtus de ce produit des caractéristiques de coupe nettement améliorées par rapport à celles obtenues avec les produits existant sur le marché. Un outil de coupe, en particulier une plaquette de coupe amovible, selon l'invention, est constitué d'un substrat en alliage dur comprenant ten poids) - de 40 à 95 % de carbure de tungstène - un pourcentage p compris entre 3 et 50% d'un ou plusieurs carbures de métaux des groupes IV et V de la classification périodique - de 2 à 15 % d'un métal liant du groupe Fe-Ni-Co et d'un revêtement comportant au moins une couche, la couche adhérant au substrat étant en carbonitrure de titane de formule Ti Cx Ny, dans laquelle 0,8 p = 3 % x = 0,9 p = 10 t x = OIQ p = 50 % x I 0,3 p = 23 % x 3 0.3 Dans le cas où le revêtement est constitué d'une seule couche de carbonitrure de titane, son épaisseur est comprise entre 2 et 15 p et de préférence entre 5 et 12- On peut avantageusement recouvrir cette première couche d'une seconde couche de nitrure de titane. Dans ce cas, la couche de carbonitrure a une épaisseur comprise entre 2 et 10 , de préférence 4 à 8 u, et la couche de nitrure, une épaisseur comprise entre 1 à 8 u de préférence 2 à 6 p. La figure 1 représente sur un diagramme de coordonnées p et x le quadrilatère ABCD délimitant les compositions de carbonitrure selon l'invention. Les figures 2 et 3 illustrent les résultats des essais de coupe réalisés avec des plaquettes de coupe selon l'invention et des plaquettes selon l'art antérieur en ce qui concerne respectivement la résistance à l'usure en dépouille et à l'usure en cratère. Le revêtement en carbonitrure de titane a une formule générale Ti Cx Ny, dans laquelle la somme x + y est égale, ou légèrement inférieure à 1. Il est d'ailleurs souhaitable que l'on se situe le plus près possible de 1. Pour obtenir les résultats de l'invention, x ne doit pas dépasser 0,9 sans quoi on aurait, sur les plaquettes revêtues, des difficultés du même ordre qu'avec Tic pur. Inversement, x ne doit pas descendre en-dessous de 0,3 sans quoi on aurait, sur les plaquettes, les mêmes problèmes qu'avec TiN seul. Entre ces deux limites, le domaine de l'invention a la forme d'une bande étroite, légèrement évasée quand x décroit, qui montre que, lorsque la porportion p de carbures autres que WC dans le substrat augmente, il faut choisir une valeur de x plus faible. L'évasement signifie que le choix est beaucoup plus pointu pour des valeurs faibles de p que pour des valeurs fortes où une plus grande tolérance est possible. A titre d'exemple, de bons résultats ont été obtenus avec les compositions suivantes, en fonction de la nature du substrat (Tableau I). Substrat % en poids Revêtement Code ISO WC TiC TaC Go I Ti Cx Ny P 20 66,4 11,2 13,7 6,7 1 Ti C 0,55 N 0, 43 P 25 71 8 12 9 Ti C 0,67 N 0,32 P 30 69 8,2 12,3 9 Ti C 0,56 N 0,43 M 10 84 7 3 6 Ti C 0,80 N 0,20 M 15 82 6,5 5 Ti 8,5 Ti C 0,75 N 0,25 M 20 82 5 5 8 ; Ti C 0,78 N 0,20 Les revêtements sont réalisés de manière connue en soi par la technique de dépôt chimique en phase gazeuse qui permet de régler facilement la composition à partir des débits gazeux, des pressions et des températures. Les constituants sont apportés, par exemple par le méthane, le tétrachlorure de titane et l'azote en présence d'hydrogène. Les plaquettes de coupe revêtues selon l'invention présentent une excellente résistance à l'usure, aussi bien en dépouille qu'en cratère. Ces résultats sont illustrés, de manière non limitative, par l'exemple ci-dessous. EXEMPLE f On a comparé des plaquettes de coupe carrées de même substrat suivant la norme ISO M 10 de composition suivante t% en poids) WC 84 TiC 7 TaC 3 Co 6 avec les revêtements suivants (a) TiC épaisseur 6 p tb) TiN épaisseur 8 (c) TiC + TiN épaisseurs 4 p + 3 p (d) TiC0,8' N0,2' + TiN épaisseur, 5 p et 4 D selo@ l'i@venti@ Tous les essais ont été réalisés sur un acier XC 48f est a française NF A 02-005. Une première série d'essais, destinée à caractériser a résista@@e à l'usure en dépouille, a consisté à déterminer la duree de vie ce a pour une usure en dépouille constante de 0,2 nn en fonction ce le vitesse -s coupe Vc. On a fait la moyenne des valeurs obtenues pour les 4 arêtes -e @@@@e. Les résultats ont été reportés sur la figure 2. On constate qu'à partir d'une vitesse de l'ordre de250 m/@@, le plaquette (d) selo l'invention a une durée de vie supérie@re @@@ eltres plaquettes qui se situent, par ordre d'usure croissante, aas l'ordre (2), (D), tb ] . Une seconde série d'essais, destinée à caractériser le résistan@@ 9 l'usure en cratère, a consisté à mesurer, pour ine durée de coupe @2 la profondeur de cratérisation ten miorons] en fonction de la vitesse le co@@e Vc en m/mn On constate qu'au-delà de 240 m/mn, la plaquette (d) selon l'nvention a une profondeur de oratérisation nettement mondre (compte tenu surtout que l'échelle représentée est logarithmique) que les autres plaquettes oui se sl- tuent, à grande vitesse, dans l'ordre suivant (b), (c), (a), par ordre d'usure croissante. On peut noter également que la plaquette (a) s'effondre au tout de 3 mn 30 pour une vitesse de coupe de 350 m/mn, avec une profondeur de oraté- risation de 210 et la plaquette (c), pour la même vittesse, s'effondre aorès 4 mn 30 pour une profondeur de cratérisation de 260 . Le classement des trois plaquettes (a), (b), (c) étant rigoureusement inverse dans les deux séries d'essais, on peut conclure à la superorité pani- feste de la plaquette selon l'invention quant à ses caractéristiques giobales de coupe. REVENDICATIONS 10) Outil de coupe, en particulier plaquette de coupe amovible, constitué d'un substrat en alliage dur comprenant ten poids) - de 40 à 95 % de carbure de tungstène - un pourcentage p compris entre 3 et 50 % d'un ou plusieurs carbures de métaux des groupes IV et V de la classification périodique, - de 2 à 15 % d'un métal liant du groupe Fe-Ni-Co et d'un revêtement comportant au moins une couche, la couche adhérant au substrat étant en crbonitrure de titane de formule générale Ti Cx Ny dans laquelle 0,8 4 1, caractérisé en ce que x est déterminé de manière que, dans un diagramme de coordonnées p et x, le point représentatif M tp,x) se trouve à l'intérieur d'un quadrilatère ABCD dont les sommets ont pour coordonnées respectives A p = 3 % x = 0,9 B p = 10 % x = 0,9 C p = 50 % x = 0,3 D p = 23 % x = 0,3 20) Outil de coupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement comporte une couche unique en carbonitrure d'épaisseur comprise entre 2 et 15 ij et de préférence entre 5 et 12 p 30) Outil de coupe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le revêtement comporte, sur la couche de carbonitrure, une seconde couche de nitrure de titane. 40) Outil de coupe selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de carbonitrure a une épaisseur comprise entre 2 et 10 ptde préférence 4 à 8 p) et la couche de nitrure, une épaisseur comprise entre 1 et 8 p (de préférence 2 à 6 p).