Fracture mechanics model for coated cutting tools
- Reference number
- ID20-0078
- Project leader
- Faleskog, Jonas
- Start and end dates
- 201201-251201
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The project concerns modelling of crack propagation in coated cemented carbide inserts, from the coating and inwards, i.e. through the layers of textured aluminium-oxide and Ti(C,N) to the hardmetal. The aim is to develop a methodology-based understanding of the limitations to cutting tools from a fracture mechanics and a microstructural point of view, with focus on turning coatings and grades. This will shorten the time from idea to product as it will reduce the amount of empirical testing currently needed. The unique possibility of this new cross disciplinary cooperation between academia and Coromant, will generate new knowledge that can be applied in grade and geometry development for future innovative Coromant products. The work will be carried out in the four main steps: • Careful examination and characterization of initiation of cracks in coated cemented carbides of available existing cracked inserts and idealized tests. • Development of a material and fracture mechanics-based model for cracking of coatings on cemented carbides. • Performing idealized experiments to validate the model and to evaluate the toughness of coatings. • Developed of a computational tool for the prediction of cracking of coated cemented carbide inserts, combining the developed fracture model with existing methods for analysis of residual stresses arising in the manufacturing process of coated cemented carbide inserts and machining simulations of cutting operations.
Popular science description
I avverkande bearbetning fräsning, svarvning och borrning används ofta hårdmetallskär. Ett hårdmetallskär består av hårdmetall som är belagt med ett ca 10 mikrometer tunt ytskikt bestående av titankarbid och aluminiumoxid. Vid tillverkning av ett hårdmetallskär läggs ytskikten på vid en temperatur av ca 1000 grader Celsius. Då själva hårdmetallen och ytskiktet expanderar olika mycket vid temperaturändringar, byggs inre spänningar upp i ytskiktet vid svalning. Beroende på ytskiktets komposition och hårdmetallens egenskaper nära ytan, kan sprickor bildas i ytskiktet när hårdmetallskäret under tillverkningen svalnar till rumstemperatur. Sprickor kan även bildas när skäret används i en bearbetningsoperation. Hårdmetallskär med sprickor har i allmänhet en påtagligt lägre livslängd. För att få bättre förståelse i utvecklingsarbetet av ett hårdmetallskär och för att optimera dess användning vid industriella bearbetningsoperationer behövs tillförlitliga mekaniska modeller baserade på mikrostrukturell information som kan förutsäga när och var sprickor bildas. Sådana modeller lyser i nuläget med sin frånvaro. Målet med projektet är att utveckla sådana modeller och hur dessa beror av ytskiktets och hårdmetallens egenskaper, skärets geometri, temperaturer vid både tillverkning och tillämpning, samt de mekaniska laster skäret utsätts för vid bearbetning. Projektet utförs i samarbete mellan institutionerna för Hållfasthetslära och Materialvetenskap vid KTH och Coromant. Detta möjliggör att vunna forskningsrön direkt kan tillämpas i praktiska tillämpningar.