硬质合金以及使用该硬质合金的切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种热扩散率高且耐磨性优异的硬质合金、以及包括由该硬质合金形成的基材的切削工具。所述硬质合金为WC基硬质合金，其中主要由WC粒子构成的硬质相通过主要由Co构成的粘结相而结合，并且所述硬质合金用于切削工具。所述粘结相基本上由Co或者由Co和Ni构成。Co和Ni的总量大于或等于4.5质量％且小于或等于15质量％。在该硬质合金中，WC粒子的平均直径大于或等于0.4μm且小于或等于4μm。假定所述WC粒子的平均直径用x(μm)表示，则所述硬质合金的热扩散率X(cm2/sec)满足X>0.055x+0.238。所述硬质合金还包含总量大于或等于0.05质量％且小于或等于5质量％的选自Cr、Ta、Nb、Zr和Ti中的一种或多种元素。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及适合用作切削工具用材料的硬质合金，W及包括由该硬质合金形成的 基材的切削工具。特别是，本专利技术设及在耐热断裂性和耐磨性两方面都优异的硬质合金。
技术介绍
传统上，作为切削工具用材料，已经采用了通过用Co(钻）烧结WC(碳化鹤）颗粒 所获得的WC基硬质合金。 切削工具具有切削刃，由于切削工件时的变形和摩擦而产生的热，切削刃通常具 有高溫。所W，切削工具需要由运样的材料（基材）形成，所述材料（基材）即使在具有 高溫时，也能够维持足够的硬度和强度。传统上，为了在切削工具具有高溫时提高其耐磨 性，通过将诸如Ti、佩、化或Zr等元素引入到作为切削工具材料的硬质合金中W提高切 削工具的高溫硬度。或者，用高溫硬度高的陶瓷膜（如氧化侣、碳化铁等）被覆工具的表 面。同时，为了降低切削工具本身或工件本身的溫度，使用切削液是有效的。日本专利公开 No. 08-225877 (下文中称为"专利文献1")公开了一种烧结合金，该烧结合金表面设置有具 有热传导性高的多个WC颗粒的层W便提高合金表面的热传导性。合金表面容易具有高溫。 阳0化]引用列表 专利文献 专利文献1 :日本专利公开No. 08-225877
技术实现思路
阳00引技术问题 然而，传统的运种切削工具不具有足W在运样的切削条件下使用的性质：在所述 切削条件中，在切削（如高速切削或难W切削材料的加工）过程中会生成大量的热。因此， 需要进一步提高性质。 使用上述切削液有效地抑制了连续切削中的磨耗。然而，在不连续的切削中，切削 液会在空转（slipping)时提供强烈的热冲击，从而可能产生热断裂，导致工具易于缺损。 构成被覆膜的陶瓷通常具有低的热扩散率。因此，当在工具表面上设置被覆膜时， 热不太可能从工具表面上的被覆膜转移到工具内部的基材。运提供了降低施加于基材上 的热冲击的效果。然而，仅由被覆膜所提供的运种热绝缘效果不足W满足近年来对快速切 削速度的需求。同时，当切削难W切削的材料时，由于高于常溫的切削溫度、W及被覆膜更 容易烙融并附着在工件上的现象，因而被覆膜易于脱落。因此，不能充分表现出被覆膜抑制 热断裂的效果。特别是，近年来已经开始更频繁地使用难W切削的工件。因此，在工具表面 上产生的热量趋向于变大。因此，热可能保留在工具中，运显著地引起产生热断裂之类的问 题。 同时，如果加入大量元素W获得硬质合金的高溫硬度，则基材的初性和热扩散率 下降。基材热扩散率的下降导致耐热断裂性下降。 另一方面，如专利文献1所述，仅提高工具表面附近的热传导性，导致工具表面侧 的高溫传导部分与工具内部侧的低溫传导部分之间的边界附近，溫差变大。因此，可能产生 热断裂。 为了获得在切削刃可能具有高溫运样的工作条件下使用的长寿命切削工具，需要 提高切削工具对热冲击的耐性。鉴于W上所述，本专利技术的目的在于提供一种耐热断裂性和 耐磨性都优异并且适合用作切削工具用材料的硬质合金。本专利技术的另一个目的在于提供一 种热断裂性和耐磨性优异的切削工具。 阳01引解决问题的方法 在本专利技术的硬质合金中，通过主要由Co构成的粘结相来烧结主要由WC构成的硬 质相。所述粘结相基本上由Co构成或者由Co和Ni构成，并且Co和Ni的总量大于或等于 4. 5质量％且小于或等于15质量％。硬质合金中的WC粒子的平均直径大于或等于0. 4ym 且小于或等于4ym。假设硬质合金中WC粒子的平均直径用X(ym)表示，则硬质合金的热 扩散率X(cm2/sec)满足X> 0. 055X+0. 238。 硬质合金进一步优选仅包含大于或等于0.05质量％且小于或等于3质量％的化。 此外，硬质合金进一步优选包含化W及选自Ta、Nb、Zr和Ti中的一种或多种元素，其中化 和所述一种或多种元素的总量大于或等于0. 05质量％且小于或等于5质量％。 硬质合金优选包含化和选自化和Nb中的一种或多种元素，其中化和所述一种 或多种元素的总量大于或等于0. 05质量％且小于或等于5质量％。 粘结相优选基本上由Co和Ni构成，并且其中Ni的含量相对于Co和Ni的总量为 小于或等于25%。 硬质合金的矫顽力化C)优选为等于或小于16kA/m。硬质合金优选还包含大于或 等于0. 05质量％且小于或等于2质量％的化，并包含大于或等于0. 2质量％且小于或等于 5质量％的化，构成硬质相的粒子的平均粒径大于或等于1ym且小于或等于4ym，其中Co 的含量为大于或等于7质量％且小于或等于12质量％，并且该硬质合金用于机轴加工用工 具。 该硬质合金优选还包含大于或等于0. 05质量％且小于或等于1. 2质量％的化，构 成硬质相的粒子的平均粒径大于或等于0. 5ym且小于或等于3ym，其中Co的含量大于或 等于4. 5质量％且小于或等于9质量％，并且该硬质合金用于铁加工用工具。 本专利技术还设及切削工具。所述切削工具包括由上述硬质合金形成的基材；W及通 过PVD法在所述基材的表面上形成的被覆膜，其特征在于，所述被覆膜由选自第一元素和 第二元素所形成的化合物W及类金刚石碳值LC)中的一种或多种所构成，所述第一元素为 在日本使用的元素周期表中第4曰、5a和6a族元素、Al和Si中的一种或多种，第二元素为 碳似、氮㈱、氧做和棚做中的一种或多种。 本专利技术的切削工具包括：由上述的硬质合金形成的基材；W及通过CVD法在所述 基材的表面上形成的被覆膜，其特征在于，所述被覆膜由选自第一元素和第二元素所形成 的化合物W及金刚石中的一种或多种所构成，所述第一元素为在日本使用的元素周期表中 第4a、5a和6a族元素、Al和Si中的一种或多种，第二元素为碳似、氮㈱、氧做和棚度） 中的一种或多种。 本专利技术的有益效果如上所述构造本专利技术的硬质合金，因此该硬质合金在整个硬质合金中（而不是仅 在硬质合金的表面处）都具有高的热扩散率。包括由本专利技术硬质合金形成的基材的切削工 具在整个工具上都具有运种热扩散率。因此，由局部热膨胀差引起的热断裂可W得到抑制。 通过运种方式，可W实现切削工具的长寿命。此外，即使在切削难W切削的材料时（运在切 削过程中可能导致高溫并且往往导致局部溫度升高），包括由本专利技术硬质合金形成的基材 的切削工具可W降低运种趋势，运是因为热扩散率在整个工具中都是高的。因此，运种切削 工具可W抑制切削刃强度的下降W及磨耗的发展，因此在耐磨性和初性方面优异。 本专利技术的硬质合金具有高的热扩散率和高溫硬度。因此，包括由本专利技术硬质合金 形成的基材的切削工具在耐热断裂性和耐磨性方面优异。 附图简要说明 图1示出了各硬质合金中WC粒子的平均直径与硬质合金热扩散率之间的关系。 图2示出了硬质合金的扫描电子显微镜图像（放大4000倍），图2(I)示出了样 品No. 12,图 2(II)不出了样品No. 103。【具体实施方式】 下面对本专利技术进行详细说明。 <硬质合金〉 阳03引 < 组成〉 柳33] 本专利技术的硬质合金为在硬质相中包含WC粒子最多的WC基硬质合金。除了下面所 述的化合物粒子、粘结相W及不可避免的杂质W外，WC粒子基本上构成硬质合金部分。当 硬质相基本上仅由WC粒子构成时，耐热断裂性、初性和硬度变得优异。此外，当硬质相除了 WC粒子外还包含W下化合物时，耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金，其中主要由WC构成的硬质相通过主要由Co构成的粘结相而结合，所述粘结相基本上由Co构成或者由Co和Ni构成，相对于所述硬质合金的总质量，Co和Ni的总含量大于或等于4.5质量％且小于或等于15质量％，所述硬质合金还仅包含大于或等于0.05质量％且小于或等于3质量％的Cr，所述硬质合金中的WC粒子的平均直径为大于或等于0.4μm且小于或等于4μm，假定所述硬质合金中所述WC粒子的平均直径用x(μm)表示，则所述硬质合金的热扩散率X(cm2/sec)满足X>0.055x+0.238。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥野拓也，广濑和弘，森口秀树，池个谷明彦，笹谷和男，山本良治，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，住友电工硬质合金株式会社，联合材料公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP