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. / 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.

Sandvik Coromant is the leading supplier of cutting tools and solutions to the machining industry. Sandvik Coromant is the creator of the modular Coromant Capto ® tool interface which have since become an ISO-standard. The Coromant Capto ® interface, which currently is undergoing a revision is found in the machining applications turning, milling and drilling because of its unique characteristics. Sandvik Coromant's largest factory for cutting tools is located in Gimo which produces tools with the Coromant Capto ® interface for milling and turning applications. The turning tools with the Coromant Capto ® interface are currently produced from the tool steel 25CrMoS4, commonly known as SS2225 with a typical initial hardness of 28 ± 2 HRC. To achieve the required hardness of the finished tools, the turning tools are hardened by induction which results in hardness levels close to, or above 50 HRC. These induction hardening processes which are carried out after the machining operations induces geometrical distortions in the tools which impacts the quality of the finished product. Furthermore it is expected that the new revision of the Coromant Capto ® interface will be dificult to produce due to these geometrical distortions. To avoid the geometrical distortions due to induction hardening a change of material was examined. The turning tools with the Coromant Capto ® interface would instead be produced from the tool steel 34CrNiMo6, commonly known as SS2541. SS2541 is currently being used as material for the milling tools produced in Gimo. The tool steel SS2541 would imply a new process flow for the turning tools which would be hardened to 43,5 ± 2 HRC before the machining operations in a furnace thus avoiding the geometrical distortions. The purpose of the thesis was to study and predict the impacts and the changes that this new production process flow would lead to. The hypothesis of the whole study was claried as:"The change of material in Coromant Capto ® -equipped turning tools would be benecial in terms of the complete picture". To either prove or disprove the hypothesis research was conducted in three separate studies namely Quality, Time and Cost. A case study was used to compare the different process flows with each other. A sample of seven turning tools was studied within the case study. Each tool in the sample represents a portion of the real production volumes produced in Gimo. It was found that both product and process quality would increase with the material SS2541. Product quality would increase because the geometrical distortions would be avoided. This would increase value for the end customer which could expect a more predictable machining process. Process quality would also increase, mainly because control measurements will be carried out in a better way than in the current situation, and the fact that a simpler process flow with less operations will be true for SS2541. Process time increased for almost all material removal operations because the higher hardness of the material SS2541. Total process time would increase for the blanks and would decrease for the tools because the hardening operation are moved from tool to blank. The throughput rate of both blanks and tools will decrease, because the constraining operations or bottleneck operations would take longer time. Despite this it is expected that machine capacity is sufficient for producing the current production volumes from the material SS2541. The production cost for all tools in the sample will increase, one of the tools by as much as 11%. Production cost for a yearly production of turning tools (blanks included) is estimated to increase with 5%. The highest contributing factor to the increased cost is the initial cost of the material which will increase with 10%. To minimize the impact of material cost the range of blanks should be rationalized, i.e producing more tools from forged blanks instead from round blanks. To summarize and give an recommendation: The hypothesis of the thesis is confirmed. The change of material to SS2541 would seen to the complete picture prevent many problems to a relatively low cost. Therefore it is recommended that the material is changed from SS2225 to SS2541. / Sandvik Coromant är en ledande tillhandahåallare av verktyg och lösningar till bearbetningsindustrin. Sandvik Coromant uppfann det modulära verktygsgränssnittet Coromant Capto ®, vilken på senare år har blivit en ISO-standard. Coromant Capto ®-kopplingen, som för tillfället undergår en revision återfinns, tack vare sina unika egenskaper inom applikationsområdena svarvverktyg, fräsverktyg och borrverktyg. Sandvik Coromants största fabrik för skärande verktyg ligger i Gimo i vilken man tillverkar både svarvverktyg och fräsverktyg med Coromant Capto ®-koppling. Svarvverktygen med Coromant Capto ®-koppling tillverkas nuvarande från verktygsstålet 25CrMoS4, allmänt känt som SS2225, vilket har en typisk grundhårdhet på ca 28 ± 2 HRC. För att uppnå rådande hårdhetskrav induktionshärdas svarvverktygen med induktionshärdning vilketresulterar i hårdheter nära- elleröver 50 HRC. Dessa induktionshärdningsprocesser utförs efter bearbetningsoperationerna och skapar formförändringar i verktygen, vilket i sin tur påverkar kvaliteten för den slutgiltliga produkten. Dessutom förväntas det att tillkomma problem med att tillverka den nya Coromant Capto ®-revisionen på grund av formförändringarna. För att förebygga formförändringarna som tillkommer vid induktionshärdningsprocesserna studerades ett materialbyte. Svarvverktygen med Coromant Capto ®-kopplingar skulle nu produceras från verktygsstålet 34CrNiMo6, allmänt känt som SS2541 istället. SS2541 används för närvarande till fräsprodukterna som produceras i Gimo. Verktygsstålet SS2541 skulle innebära ett nytt processflöde för svarvverktygen vilka nu skulle ugnshärdas före bearbetningsoperationerna till en hårdhet av 43,5 ± 2 HRC och på så sätt undvika formförändringarna. Syftet med examensarbetet var att utreda och förutspå effekterna och förändringarna som detta nya processflöde skulle innebära. Hypotesen till hela studien sammanfattades som: Materialbytet på svarvverktyg med Coromant Capto ®-koppling skulle vara positivt sett till helheten. För attantingen bekräfta eller dementera denna hypotes utfördes en studie som innefattade tre separata utredningar inom områdena Kvalitet, Tid och Kostnad. Man använde sig av en fallstudie för att jämföra de olika processflödena med varandra. Ett urval bestående av sju produkter studerades inom denna fallstudie. Varje produkt från urvalet fick representera en delvolym av den totala årliga produktionsvolymen i Gimo. Man fann att både produktkvalitet och processkvalitet skulle öka till följd av materialbytet till SS2541. Produktkvaliteten skulle öka för att formförändringarna skulle undvikas. Detta skulleöka värdet för slutkunden, vilken kan komma att förvänta sig en bättre och mer förutsägbar bearbetningsprocess. Processkvaliteten skulle också öka, främst för att kontrollmätningar nu skulle kunna utföras på ett bättre sätt än man kan göra i det nuvarande processflödet samt att flödet skulle bli enklare och tydligare med färre processteg. Processtider skulle öka för nästan alla bearbetningsoperationer på grund av att SS2541 har en högre hårdhet. Den totala processtiden skulle öka förämnestillverkningen och minska för verktygstillverkningen för att härdningsoperationerna förflyttas från verktyg till ämne. Genomströmmningshastigheten skulle minska för både ämne och verktyg för att flaskhalsarna i produktionen skulle ta längre tid. Dock skall tilläggas att man fortfarande skulle ha kapacitet nog föratt tillverka dagens produktionsvolymer i materialet SS2541. Produktionskostnaden för alla produkterna i urvalet skulle öka, varav en produkt skulle öka med så mycket som 11%. Produktionskostnaden för en årsproduktion av svarvverktyg (ämnesproduktion inräknad) uppskattades att öka med 5%. Den största faktorn till den ökade produktionskostnadenär initialkostnaden för materialet som kommer att öka med 10%. För att minimera effekterna av materialkostnaden borde ämnesfloran rationaliseras, alltså producera fler verktyg från smidda ämnen än från försvarvade ämnen. För att sammanfatta och ge en rekommendation: Hypotesen kan bekräftas. Materialbytet till SS2541 skulle, sett till helheten förebygga många problem till en relativt låg merkostnad. Därför rekommenderas att materialbytet från SS2225 till SS2541 genomförs.