Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Wear on Alumina Coated Tools and the Influence of Inclusions when Turning Low-Alloy Steels: Master Thesis - Chemical Engineering
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Technology, Department of Engineering Sciences, Applied Materials Sciences.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

In this master thesis, performed at Sandvik Coromant Västberga (Stockholm), a comprehensive study has been made to investigate the wear on textured alumina (Inveio™) coated cutting tools when turning low-alloy steels. Specifically, wear studies have been made on tools’ rake faces when turning two separate batches of SS2541, after an initial turning time of 4 min. A particular focus has been given to elucidate what particular role the inclusions might have for the wear of the alumina coating onthe tools. Evaluation of tool wear has been made by employing several different analytical techniques, such as LOM, SEM, Wyko, Auger-spectrometry (AES), EPMA and XRD.

The results shows that the arisen wear marks on both tested tool types may be divided into three separate and highly distinguishable wear zones, denoted here in thiswork as “wear bands”. Largest amount of wear tended to occur initially at the topmost part of the 3rd wear band. This was true for both tested tool types. This area demonstrated a characteristic 'lamellar' wear pattern, composed of narrow andstructured ridges.

All the tools tested demonstrated the adhesion of workpiece materials of various composition that formed into smeared layers in these formed ridges. Depth-profiling Auger-spectrometry revealed that a significant amount of calcium was present in the machined alumina coating layers. This suggests that a reaction between the calcium-containing inclusions found in the steel and the aluminacoating layer had occurred during the performed turning tests.These results arecontradictory to the general belief that alumina is chemical inert during machiningand has previously, to the authors knowledge, not yet been published.

Based on the results from this thesis and from a literature review concerning thebehavior of α-alumina during deformation, a new theoretical wear model has been developed. In this model, it is emphasised that the sliding of hard inclusions from the steel may activate pyramidal slip systems in the textured alumina coating. This causes a nano-crystallisation and/or amorphisation in the topmost part of the coating, which facilitates the further wear of these coated tools.

Abstract [sv]

 I detta examensarbete, som har utförts vid Sandvik Coromant i Västberga (Stockholm), har en omfattande studie gjorts i syfte att undersöka slitaget på texturerad aluminiumoxid-belagda skärverktyg (Inveio™) vid svarvningen av låglegerade stålsorter. Förslitningsstudier har framförallt gjorts på verktygens spånsidor vid svarvningen av två separata batcher av stålsorten SS2541 efter en inledande ingreppstid på 4 min.

Ett särskilt fokus har även ägnats åt att belysa vilken roll stålets inneslutningar kan ha för slitaget av aluminiumoxidbeläggningen. Utvärderingen av verktygsslitaget har gjorts med hjälp av flera olika analytiska tekniker, däribland LOM, SEM, Wyko, Auger-spektrometri (AES), EPMA samt XRD.

Resultaten från detta examensarbete visar på att det uppkomna slitaget på de verktyg som har testats kan uppdelas till tre separata och mycket distinkta ”slitagezoner”. Dessa zoner har för detta arbete benämnts som ”nötningsband”. Störst förslitning framträdde initialt i den översta delen av det 3:e nötningsbandet på de testade skärverktygen. Detta område uppvisade ett karaktäristiskt ”lamell”-liknande utseende, bestående av smala och strukturerade åsar och skåror. Vidare uppvisade samtliga undersökta verktyg på förekomsten av påsmetat arbetsmaterial av varierande sammansättning i dessa bildade åsar.

När de slitna verktygen undersöktes med djuprofilerande Auger-spektrometri påvisades det att en signifikant mängd kalcium fanns inuti aluminiumoxidbeläggningen. Detta tyder på att en reaktion mellan de kalciuminnehållande inneslutningarna (som finns inuti stålet) och aluminiumoxidbeläggningen har reagerat med varandra under bearbetningsförloppet. Dessa resultat är motsägande till den allmänna uppfattningen om att aluminiumoxid är kemiskt inert vid bearbetningen av stål. Därutöver har dessa resultat även, till författarens kännedom, aldrig tidigare publicerats.

Baserat på de resultat som har erhållits från detta examensarbete, och från en omfattande litteraturstudie gällande deformationen av α-aluminiumoxid, har en ny teoretisk förslitningsmodell utarbetats. I denna modell betonas det särskilt att glidningen av hårda inneslutningar från stålet kan aktivera s.k. pyramidala glidsystem i den texturerade aluminiumoxidbeläggningen. Detta orsaker en nano-kristallisering och/eller amorfisering av den översta delen av aluminiumoxidbeläggningen.  Denna omvandling tros kunna underlätta den fortsatta förslitningen av dessa belagda skärverktyg.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 86 p.
Series
UPTEC K, ISSN 1650-8297 ; 16015
Keyword [en]
Wear; Alumina; Al2O3; Coating; Coated; coatings; Tools; Cutting tool; Cemented Carbide; Inclusions; Steel; Steels; SS2541; Sandvik; Coromant
Keyword [sv]
Nötning; Förslitning; Aluminiumoxid; Al2O3; Beläggning; Ytbeläggning; Tunnfilm; Tunnfilmsteknik; Verktyg; Skärverktyg; Hårdmetall; Inneslutning; Stål; SS2541; Sandvik; Coromant; Deformation
National Category
Materials Engineering Manufacturing, Surface and Joining Technology Chemical Engineering Inorganic Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-302956OAI: oai:DiVA.org:uu-302956DiVA: diva2:970436
External cooperation
Sandvik Coromant Västberga
Educational program
Master Programme in Chemical Engineering
Presentation
2016-06-22, ITC 2215, Lägerhyddsvägen 2,, UPPSALA, 15:47 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-09-21 Created: 2016-09-13 Last updated: 2016-09-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Examensarbete(13818 kB)13 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 13818 kBChecksum SHA-512
d784f32e25811ee33d3207e25f4a45a244064ecff3033ce09a0283d9777807d301e6d7134c370cb31759618793e31b95fcb57192416c80d990e17c6041d7d445
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Öhman, Sebastian
By organisation
Applied Materials Sciences
Materials EngineeringManufacturing, Surface and Joining TechnologyChemical EngineeringInorganic Chemistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 13 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 194 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link