硬质包覆层发挥耐崩刀性的表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆工具，该包覆工具中，硬质包覆层具备优异的硬度及韧性，在长期的使用中发挥耐崩刀性、耐缺损性。本发明专利技术通过以下方式实现所述目的。硬质包覆层至少包括以组成式：(Ti1‑xAlx)(CyN1‑y)表示的复合氮化物或复合碳氮化物的层，Al的含有比例x及C的含有比例y满足0.60≤x≤0.95、0≤y≤0.005，x、y均为原子比，构成复合氮化物或复合碳氮化物的层的晶粒中存在具有立方晶结构的晶粒和具有六方晶结构的晶粒，立方晶相所占的面积比例为50～90％，具有立方晶结构的晶粒的平均粒子宽度W为0.05～1.0μm，平均纵横尺寸比A在5以下，具有立方晶结构的晶粒中的50％以上的晶粒与相邻的具有立方晶结构的晶粒具有双晶关系。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的目的在于提供一种硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆工具，该包覆工具中，硬质包覆层具备优异的硬度及韧性，在长期的使用中发挥耐崩刀性、耐缺损性。本专利技术通过以下方式实现所述目的。硬质包覆层至少包括以组成式：(Ti1-xAlx)(CyN1-y)表示的复合氮化物或复合碳氮化物的层，Al的含有比例x及C的含有比例y满足0.60≤x≤0.95、0≤y≤0.005，x、y均为原子比，构成复合氮化物或复合碳氮化物的层的晶粒中存在具有立方晶结构的晶粒和具有六方晶结构的晶粒，立方晶相所占的面积比例为50～90面积%，具有立方晶结构的晶粒的平均粒子宽度W为0.05～1.0μm，平均纵横尺寸比A在5以下，具有立方晶结构的晶粒中的50%以上的晶粒与相邻的具有立方晶结构的晶粒具有双晶关系。【专利说明】硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具
本专利技术涉及一种在合金钢等的伴有高热发生，并对刀片作用冲击性负荷的高速断 续切削加工中，硬质包覆层具备优异的耐崩刀性，从而在长期的使用中发挥优异的切削性 能的表面包覆切削工具（以下称为包覆工具)。
技术介绍
以往已知，通常在由碳化钨（以下以WC表示）基硬质合金、碳氮化钛（以下以TiCN 表示）基金属陶瓷或立方晶氮化硼（以下以cBN表示）基超高压烧结体构成的基体（以下将 这些总称为基体)的表面，作为硬质包覆层通过物理蒸镀法包覆形成有Ti-Al系的复合氮化 物层的包覆工具，它们发挥优异的耐磨损性。 虽然以往的包覆形成有Ti-Al系的复合氮化物层的包覆工具的耐磨损性优异，但 在高速断续切削条件下使用时容易产生崩刀等的异常损耗，因此对于硬质包覆层的改善提 出了种种提案。 例如，专利文献1中记载有，通过在TiCl4、A1C13、NH 3的混合反应气体中在650? 900°C的温度范围内进行化学蒸镀，从而蒸镀形成A1的含有比例X的值为0. 65?0. 95的 (TihAlx)N层的包覆工具，但该包覆工具中以在该（IVXA1 X)N层上进一步包覆A1A层，来 提高隔热效果为目的，因此并未公开将X的值提高到〇. 65?0. 95的（TihAU N层的形成 对切削性能具有怎样的影响这一点，并且这一点难以预知。 另外，专利文献2中提出有如下提案，即将TiCN层、A1203层作为内层，通过化学 蒸镀法将立方晶结构或包含六方晶结构的立方晶结构的（TihAlJ N层(其中，X为0. 65? 〇. 9)作为外层包覆于其上，并通过向该外层提供100?llOOMPa的压缩应力来改善包覆工 具的耐热性及疲劳强度。 另外，专利文献3中提出提供一种包覆工具，其为由Cr、Ti、Al、V的氮化物中的至 少二种金属氮化物构成的复合体，通过将该复合体所示的X射线衍射峰即构成复合体的各 金属氮化物的（111)面及（200)面的X射线衍射峰的强度（I (111)及I (2_)的强度比I (111)/ I (2_设为3?6,形成有提高耐磨损性、耐烧粘性及耐氧化性，并实现摩擦系数的降低这种 整体的滑动特性的提高的皮膜。 另外，专利文献4中提出提供一种包覆工具，其通过在工具基体表面施加双极脉 冲偏压，并在750?850°C的成膜温度下进行蒸镀而具备硬质包覆层，从而硬质包覆层在重 切削加工中发挥优异的耐缺损性，所述硬质包覆层由（TihAUN (x=0. 4?0. 6)层构成，该 (TihAlx)N层在测定由{100}面的法线相对于表面研磨面的法线所成的倾斜角而制作的倾 斜角度数分布曲线图中，在30?40度的倾斜角分区存在最高峰，其度数总合在整体的60% 以上，另外在测定{112}面的法线相对于表面研磨面的法线所成的倾斜角而制作的构成原 子共有晶格结点分布曲线图中，在Σ 3存在最高峰，其分布比例在整体的50%以上的。 专利文献1 :日本专利公表2011-516722号公报 专利文献2 :日本专利公表2011-513594号公报 专利文献3 :日本专利公开2000-144376号公报 专利文献4 :日本专利公开2008-307615号公报 随着近年来切削加工对节省劳力化及节能化的要求变强，切削加工更加趋于高速 化、高效率化，对包覆工具要求进一步的耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性等的耐异常损伤性， 并要求在长期的使用中的优异的耐磨损性。 但是，对于以专利文献1中所记载的化学蒸镀法蒸镀形成的（TihAlx)N层，由于 能够提高A1含有量X，并且能够形成立方晶结构，因此能够得到具有预定的硬度且耐磨损 性优异的硬质包覆层，但存在与工具基体的粘附强度不够充分，且韧性较差的问题。 另外，专利文献2中所记载的包覆工具具有预定的硬度且耐磨损性优异，但韧性 较差，因此用于合金钢的高速断续切削加工等时存在以下问题：容易产生崩刀、缺损、剥离 等异常损伤，无法发挥能够令人满意的切削性能。 另外，专利文献3中所记载的包覆工具的主要目的是提高滑动特性，因此存在用 于合金钢的高速断续切削加工等时，无法发挥能够令人满意的切削性能的问题。 另外，专利文献4中所记载的包覆工具中，由（TihAljN层构成的硬质包覆层以 物理蒸镀法成膜，且无法充分地提高膜中的A1含量X，因此存在例如用于合金钢的高速断 续切削时，耐崩刀性不充分的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的技术问题即本专利技术的目的在于提供一种即使用于合金钢 的高速断续切削等时，仍具备优异的韧性，且在长期的使用中发挥优异的耐崩刀性、耐磨损 性的包覆工具。 因此，本专利技术人等从所述观点出发，为了改善以化学蒸镀来蒸镀形成至少包括Ti 和A1的复合氮化物或复合碳氮化物（以下，以"（Ti、Al) (C、N)"或"（TihAlx) (CyNl_y)"表 示）的硬质包覆层的耐崩刀性、耐磨损性，进行深入研究的结果，得到以下见解。 即，当（IVXA1X) (CyNi_y)层以垂直方向呈柱状形成于工具基体时，包括至少一层 的（TihAU (CyNi_y)层且具有预定的平均层厚的以往的硬质包覆层具有较高的耐磨损性。 相反，（IV XA1X) (CyNi_y)层的各向异性越高则（IVXA1X) (CyNi_y)层的韧性越降低，其结果， 耐崩刀性、耐缺损性降低，无法在长期的使用中发挥充分的耐磨损性，并且无法满足工具寿 命。 因此，本专利技术人等为了实现硬质包覆层的改性而从以下观点进行了探讨。S卩，晶界 为晶粒彼此的接缝，其结构与材料的力学特性及功能特性密切相关。由此，通过定量控制晶 界的结构，能够形成具备所需特性的硬质包覆层。以这种观点深入研究构成硬质包覆层的 (TihALXCyN^)层时发现如下全新的见解。即，通过以立方晶相及六方晶相构成（TihAU (CyNh)层，并使双晶形成于具有立方晶结晶结构的晶粒中的50%以上的晶粒的界面这种全 新的构思，成功地提升硬质包覆层内的晶界强度并提高韧性，其结果能够使硬质包覆层的 耐崩刀性、耐缺损性提升。 具体而言，硬质包覆层至少包括通过化学蒸镀法成膜的Ti和A1的复合氮化物或 复合碳氮化物的层，当以组成式 ：（TihAlx) (CyNi_y)表示时，在Ti和A1的总量中A1所占本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任意一种构成的工具基体的表面设有硬质包覆层，所述表面包覆切削工具的特征在于，所述硬质包覆层至少包括通过化学蒸镀法成膜的平均层厚为1～20μm的Ti和Al的复合氮化物或复合碳氮化物的层，以组成式：（Ti1‑xAlx）（CyN1‑y）表示时，在Ti和Al的总量中Al所占的含有比例x及在C和N的总量中C所占的含有比例y分别满足0.60≤x≤0.95、0≤y≤0.005，其中，x、y均为原子比，构成所述复合氮化物或复合碳氮化物的层的晶粒中混合存在具有立方晶结构的晶粒和具有六方晶结构的晶粒，与工具基体垂直的面中的立方晶相所占的面积比例为50～90面积%，具有立方晶结构的晶粒的平均粒子宽度W为0.05～1.0μm，平均纵横尺寸比A在5以下，具有所述立方晶结构的晶粒中的50%以上的晶粒与相邻的具有立方晶结构的晶粒具有双晶关系。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙冈翔，山口健志，長田晃，
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