表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种表面包覆切削工具，在碳钢或合金钢等的切削加工中，耐熔敷性及耐缺损性优异，尤其在断续切削等中的耐崩刀性、耐缺损性也优异。一种表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体的表面形成有至少包括下部层和上部层的硬质包覆层，所述表面包覆切削工具的特征在于，(a)所述硬质包覆层的下部层由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层(以下，统称为Ti化合物层)中的一层或两层以上构成，在该下部层的表面形成有作为所述硬质包覆层的上部层的Al2O3层，(b)至少在所述表面包覆切削工具的前刀面的该上部层的最表面，以面积率30～70％形成氧化锆层，所述前刀面中的Al2O3层具有10～200MPa的拉伸残余应力，表面粗糙度Ra为0.25μm以下。

Surface coated cutting tools

The invention provides a surface-coated cutting tool. In the cutting process of carbon steel or alloy steel, the coating resistance and defect resistance are excellent, especially in intermittent cutting and so on. A surface-coated cutting tool is formed on the surface of a tool matrix consisting of WC-based cemented carbide or TiCN-based cermets. The surface-coated cutting tool is characterized by: (a) the lower layer of the hard-coated layer consists of TiC layer, TiN layer, TiCN layer, TiCO layer and TiC layer. One or more layers of the NO layer (hereinafter referred to as the Ti compound layer) are formed on the surface of the lower layer, and an Al2O3 layer is formed as the upper layer of the hard cladding layer. (b) At least the top surface of the upper layer of the front blade face of the cutting tool is covered on the surface, and a zirconia layer is formed at an area rate of 30-70%. The Al2O3 layer in the blade has tensile stress of 10 to 200MPa, and the surface roughness Ra is below 0.25 m.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面包覆切削工具
本专利技术涉及一种表面包覆切削工具(以下，简称为“包覆工具”)，其中在碳钢或合金钢等的切削加工中，耐熔敷性及耐缺损性优异，尤其在断续切削等中的耐崩刀性、耐缺损性也优异。
技术介绍
以往，已知有一种包覆工具，其在由碳化钨(以下，以WC表示)基硬质合金或碳氮化钛(以下，以TiCN表示)基金属陶瓷构成的基体(以下，称为工具基体)的表面设置有硬质包覆层，该硬质包覆层将Ti化合物层作为下部层且将具有α型晶体结构的Al2O3层作为其上部层而构成，其中，Ti化合物层由Ti的碳化物(以下，以TiC表示)层、氮化物(以下，同样地以TiN表示)层、碳氮化物(以下，以TiCN表示)层、碳氧化物(以下，以TiCO表示)层及碳氮氧化物(以下，以TiCNO表示)层中的一层或两层以上构成。而且，为了提高形成有所述硬质包覆层的包覆工具的切削性能，从以往提出了各种方案。例如，根据专利文献1的方案可得到如下包覆工具，即在基材表面形成有由包含TiN、TiCN和/或TiAlCNO的硬质材料层构成的下部层和由具有特定的择优取向组织的α-Al2O3层构成的上部层，其中，对于作为所述上部层的α-Al2O3层，通过化学蒸镀形成由TiN层、TiC层、TiCN层或它们的组合所组成的层构成的磨损识别层之后，对于前刀面，使用硬度比以往所使用的高硬度的刚玉(α-Al2O3)制粒状喷砂材料低的钢、玻璃、ZrO2制喷砂材料进行喷砂处理，由此在去除了磨损识别层之后的α-Al2O3层中，实现拉伸应力的松弛，并且α-Al2O3层的表面被平滑化，且耐缺损性优异。专利文献1：日本特开2014-530112号公报所述专利文献1所示的包覆工具中，认为使用硬度比以往所使用的高硬度的刚玉(α-Al2O3)制粒状喷砂材料低的ZrO2制喷砂材料(平均粒径20～450μm)进行喷砂处理，由此对存在于α-Al2O3层的表面的凸部(即，α-Al2O3层的表面的粒子顶部)及凹部(即，α-Al2O3层的表面的粒子间部)中的凸部进行了平滑化。然而，所述ZrO2制喷砂材料的硬度低，且磨削加工能力差，因此至少在覆膜表面的凹部(即，所述α-Al2O3层的表面的粒子间部)，未进行充分的研磨，且未进行平滑化，从而以所述α-Al2O3层的表面的粒子间部即凹部为起点产生了崩刀，尤其认为当在所述切削初期产生的崩刀增大时，会产生致命的缺损。于是，作为包覆工具，要求一种在覆膜表面具有更优异的平滑性，且耐熔敷性、耐崩刀性、耐缺损性更优异的包覆工具。
技术实现思路
本专利技术人等对在包覆工具中，具有更优异的平滑性，且耐熔敷性、耐崩刀性、耐缺损性更优异的硬质包覆层的结构进行了深入研究的结果，得到了如下见解。即，发现了如下事实：在工具基体表面作为硬质包覆层至少包覆形成有Al2O3层的包覆工具中，对前刀面的α-Al2O3层最表面的存在所述课题的粒子间部即凹部，导入氧化锆，且在该α-Al2O3层的最表面形成有面积率为30～70％的氧化锆层的情况下，进一步改善了覆膜表面的平滑性，且耐熔敷性、耐崩刀性、耐缺损性也更优异。而且，具体而言，例如能够通过如下而得到，即，在工具基体的前刀面及后刀面形成作为下部层的TiC、TiN、TiCN中的任意一层或两层以上，在该下部层上形成作为上部层的Al2O3层，接着，针对前刀面，形成30～70％的面积率的锆层。另外，根据需要，在该Al2O3层的最表面形成由TiN层、TiC层、TiCN层或TiNO层构成的磨损识别层，且去除所述前刀面中的磨损识别层的同时在前刀面最表面形成氧化锆层。而且，在此所得到的本专利技术所涉及的包覆工具中，针对前刀面，调整喷砂条件，由此能够在Al2O3层的表面形成30～70％的面积率的锆层而排除Al2O3层最表面的缺陷的影响的同时进一步提高表面平滑性，且提高耐熔敷性，并且能够实现残余应力的减少，因此耐崩刀性、耐缺损性优异。本专利技术基于上述见解而成，且具有如下特征：“(1)一种表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体的表面形成有至少包括下部层和上部层的硬质包覆层，该表面包覆切削工具的特征在于，(a)所述硬质包覆层的下部层由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层(以下，统称为Ti化合物层)中的两层以上构成，其中至少一层由TiCN层构成，在该下部层的表面形成有作为所述硬质包覆层的上部层的Al2O3层，(b)至少在所述表面包覆切削工具的前刀面的该上部层的最表面，以面积率30～70％形成氧化锆层，所述前刀面中的Al2O3层具有10～200MPa的拉伸残余应力，且表面粗糙度Ra为0.25μm以下。(2)根据所述(1)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，所述前刀面中的TiCN层的拉伸残余应力为10～250MPa。(3)根据所述(1)或(2)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，在作为后刀面的上部层的所述Al2O3层的最表面形成有TiN层、TiC层、TiCN层或TiNO层。”以下，对本专利技术的包覆工具进行详细说明。下部层；由Ti化合物层构成的下部层基本上设置在由Al2O3层构成的上部层的下部，与工具基体和上部层均牢固密接，具有有助于提高硬质包覆层与工具基体的密接性的作用，通过下部层自身的特性的高硬度而使硬质包覆层具备耐磨损性，尤其具备优异的耐后刀面磨损性。作为对这种下部层适合的膜种类，能够举出TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层中的两层以上的Ti化合物层，其中至少一层为TiCN层而构成下部层。并且，对于下部层的平均层厚并无特别限定，该平均层厚小于3μm时，无法充分发挥所述作用，另一方面，该平均层厚大于20μm时，会对耐缺损性带来不良影响，因此优选将下部层的平均层厚设为3～20μm。上部层：由Al2O3层构成的上部层中，根据其硬度、耐热性、耐氧化性而提高包覆工具的耐磨损性。本专利技术中，上部层的层厚并无特别限制，Al2O3层的平均层厚小于1μm时，在长期使用中无法发挥优异的耐磨损性，另一方面，该平均层厚大于15μm时，容易发生崩刀、缺损、剥离等异常损伤。因此，优选将由Al2O3层构成的上部层的平均层厚设为1～15μm。前刀面的硬质包覆层：形成于前刀面的硬质包覆层由如下构成，即，由Ti化合物层构成的下部层、由Al2O3层构成的上部层及在最表面以面积率30～70％形成的氧化锆层。根据后述的本专利技术的包覆工具的制造方法的一例，首先，在工具基体的前刀面及后刀面形成作为下部层的Ti化合物层，接着，在下部层表面形成作为上部层的Al2O3层，然后，对于前刀面，进行用于提高前刀面的Al2O3层的表面平滑性，同时实现残余应力的减少的喷砂处理，由此形成以面积率30～70％覆盖Al2O3层的表面的氧化锆层，同时将表面粗糙度Ra调整为0.25μm以下，优选调整为0.20μm以下，从而提高耐崩刀性和耐熔敷性。并且，在喷砂处理之后，Al2O3层内的残余应力得以松弛，将拉伸残余应力的值设为10～200MPa，优选设为10～150MPa，由此提高作为硬质包覆层整体的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性。而且，将TiCN层的拉伸残余应力的值设为10～250MPa，优选设为10～150MPa，由此提高作为硬质包覆层整体的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性。另外，关于前刀面的Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体的表面形成有至少包括下部层和上部层的硬质包覆层，所述表面包覆切削工具的特征在于，(a)所述硬质包覆层的下部层由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层中的两层以上构成，其中至少一层由TiCN层构成，在该下部层的表面形成有作为所述硬质包覆层的上部层的Al2O3层，以下，将TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层统称为Ti化合物层，(b)至少在所述表面包覆切削工具的前刀面的该上部层的最表面，以面积率30～70％形成氧化锆层，所述前刀面中的Al2O3层具有10～200MPa的拉伸残余应力，且表面粗糙度Ra为0.25μm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 JP 2016-0696291.一种表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体的表面形成有至少包括下部层和上部层的硬质包覆层，所述表面包覆切削工具的特征在于，(a)所述硬质包覆层的下部层由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层中的两层以上构成，其中至少一层由TiCN层构成，在该下部层的表面形成有作为所述硬质包覆层的上部层的Al2O3层，以下，将TiC层、TiN层、TiCN层、Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：土桥正卓，宫下大，河田与志则，佐伯卓司，大森弘，原央，涩谷祥知，素花章，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP