硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术的表面包覆切削工具中，硬质包覆层至少包含由组成式：(Ti1‑xAlx)(CyN1‑y)表示的复合氮化物层或复合碳氮化物层，Al的平均含有比例xavg及C的平均含有比例yavg(xavg、yavg均为原子比)满足0.60≤xavg≤0.95，0≤yavg≤0.005，构成所述复合氮化物层或复合碳氮化物层的晶粒中存在具有立方晶结构的晶粒，从与所述层表面垂直的方向对其表面研磨面进行分析，在具有立方晶结构的晶粒内存在1度以上或2度以上的晶粒内平均取向差，并且，在晶粒内平均取向差为1度以上且小于2度的范围内存在晶粒内平均取向差和其面积比例的度数分布中的峰值。

Hard cladding with excellent cutting tool resistant surface cutting tools

The surface coated cutting tool of the invention, the hard coating layer contains at least consists of: (Ti1 (CyN1 y xAlx)) composite nitride layer or a composite carbon nitride layer said, the average Al ratio of xavg and C containing the average ratio of yavg (xavg, containing yavg were less than 0.60 and meet the atomic ratio) xavg = 0.95, yavg = 0 ~ 0.005, the grains with cubic crystalline structure grain to form the composite nitride layer or a composite carbon nitride layer, and the surface layer from the vertical direction on the surface of the grinding surface were analyzed in the grain memory has a cubic crystal structure of the above 1 degrees or 2 grains more than average misorientation, and grain orientation in the average difference of 1 degrees or more and less than the peak average degree distribution of grains misorientation and the percentage of the area of the range of 2 degrees in the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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随产生高热且冲击性负荷作用于切削刃的高速断续切削加工中，通过硬质包覆层具备优异的耐崩刀性而在长期使用中发挥优异的切削性能的表面包覆切削工具(以下，称作包覆工具)。本申请主张基于2015年8月31日于日本申请的专利申请2015-170657号及2016年8月25日于日本申请的专利申请2016-165183号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
以往，已知有如下包覆工具：通常，在由碳化钨(以下，由WC表示)基硬质合金、碳氮化钛(以下，由TiCN表示)基金属陶瓷或立方晶氮化硼(以下，由cBN表示)基超高压烧结体构成的工具基体(以下，将这些统称为工具基体)的表面，通过物理蒸镀法包覆形成Ti-Al系复合氮化物层而作为硬质包覆层，且已知这些包覆工具发挥优异的耐磨性。然而，上述以往的包覆形成有Ti-Al系复合氮化物层的包覆工具，虽然耐磨性比较优异，但是当在高速断续切削条件下使用时容易产生崩刀等异常损耗，因此关于改善硬质包覆层提出了各种方案。例如在专利文献1中公开了在工具基体表面形成有硬质包覆层的表面包覆切削工具，硬质包覆层由一层或多层构成，在以特定的平面切断的剖面上，在硬质包覆层中，将在刀尖棱线部最薄的部分的厚度设为T1，将从刀尖棱线向前刀面方向远离1mm的位置的厚度设为T2的情况下，满足T1＜T2，且在硬质包覆层表面，将从刀尖棱线向前刀面方向远离距离Da的位置设为a，将向后刀面方向远离距离Db的位置设为b的情况下，Da及Db满足特定的数值范围，从位置a至位置b的硬质包覆层中的、占据自表面起0.1T1～0.9T1厚度的区域E的10％以上的区域中，构成硬质包覆层的晶粒的晶体取向的偏差为5度以上且小于10度，从而可以得到优异的耐磨性和耐缺损性。并且，在专利文献2中记载有如下内容：在TiCl4、AlCl3、NH3的混合反应气体中，在650～900℃的温度范围内进行化学蒸镀，从而能够蒸镀形成Al的含有比例x的值为0.65～0.95的(Ti1-xAlx)N层，但在该文献中，将通过在该(Ti1-xAlx)N层上进一步包覆Al2O3层而提高隔热效果作为目的，对于形成将Al的含有比例x的值提高至0.65～0.95的(Ti1-xAlx)N层会对切削性能带来什么样的影响并不明确。并且，例如在专利文献3中提出如下方案：将TiCN层、Al2O3层作为内层，在所述TiCN层、Al2O3层上通过化学蒸镀法而包覆立方晶结构或包含六方晶结构的立方晶结构的(Ti1-xAlx)N层(其中，以原子比计，x为0.65～0.90)作为外层，并且通过对该外层施加100～1100MPa的压缩应力来改善包覆工具的耐热性和疲劳强度。专利文献1：日本专利公开2012-20391号公报(A)专利文献2：日本专利公表2011-516722号公报(A)专利文献3：日本专利公表2011-513594号公报(A)近年来，对切削加工中的节省劳力化及节能化的要求增加，随之，切削加工有进一步高速化、高效率化的趋势，进一步对包覆工具要求耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性等耐异常损伤性，并且要求在长期使用中发挥优异的耐磨性。然而，关于所述专利文献1中所记载的包覆工具，虽然公开了通过将晶粒彼此的晶体取向的偏差设为规定范围而改善包覆工具的特性的内容，但是不仅未考虑到提高由(Ti1-xAlx)N层构成的硬质包覆层的Al的含有比例x而提高硬度和耐磨性的内容，而且既未公开也未着眼于由晶粒内的取向差引起的影响。从而，在提供于合金钢的高速断续切削的情况下，不能说耐磨性及耐崩刀性充分。另一方面，关于通过所述专利文献2中记载的化学蒸镀法而蒸镀形成的(Ti1-xAlx)N层，虽然能够提高Al的含有比例x，并且能够形成立方晶结构，但是在将其作为包覆工具的硬质包覆层的情况下，存在与工具基体的密合强度不充分且韧性差的问题。并且，所述专利文献3中记载的包覆工具具有规定的硬度且耐磨性优异，但韧性差，由此，在提供于合金钢的高速断续切削加工等时，容易产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，不能说发挥令人满意的切削性能。
技术实现思路
于是，本专利技术的目的在于解决所述课题，提供一种即使在用于合金钢等的高速断续切削等的情况下，也具备优异的韧性且长期使用中发挥优异的耐崩刀性、耐磨性的包覆工具。本专利技术人等为了改善通过化学蒸镀而蒸镀形成有至少包含Ti和Al的复合氮化物或复合碳氮化物(以下，有时用“(Ti、Al)(C、N)”或“(Ti1-xAlx)(CyN1-y)”表示)的层的硬质包覆层的包覆工具的耐崩刀性、耐磨性，经过反复进行深入研究的结果，得到了如下见解。即，关于包含(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层且具有规定的平均层厚的硬质包覆层，在(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层沿与工具基体垂直的方向呈柱状形成的情况下具有高耐磨性，但是韧性不充分，其结果，不能说是耐崩刀性、耐缺损性令人非常满意的硬质包覆层。于是，本专利技术人等对构成硬质包覆层的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层的晶粒的晶体取向进行深入研究的结果，发现了如下新的见解：通过(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层含有具有NaCl型面心立方结构的晶粒，且使具有该NaCl型面心立方结构的各晶粒的晶粒内平均取向差显示1度以上的晶粒以规定的面积比例存在于(Ti1-xAlx)(CyN1-y)层中，由此具有NaCl型面心立方结构的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)晶粒在与工具基体表面平行的面内方向上的应力得到松弛，因此能够提高韧性，其结果，能够提高硬质包覆层的耐崩刀性、耐缺损性。具体而言，硬质包覆层至少包含Ti和Al的复合氮化物层或复合碳氮化物层，且由组成式：(Ti1-xAlx)(CyN1-y)表示的情况下，Al在Ti和Al的总量中所占的平均含有比例xavg及C在C和N的总量中所占的平均含有比例yavg(其中，xavg、yavg均为原子比)分别满足0.60≤xavg≤0.95，0≤yavg≤0.005，在复合氮化物层或复合碳氮化物层中存在具有NaCl型面心立方结构的晶粒，在使用电子背散射衍射装置从与硬质包覆层的表面垂直的方向对具有该NaCl型面心立方结构的各晶粒的晶体取向进行分析，并求出各个晶粒的晶粒内平均取向差的情况下，当该晶粒内平均取向差显示1度以上的晶粒以相对于所述复合氮化物层或复合碳氮化物层的面积比例计存在50％以上时，具有NaCl型面心立方结构的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)晶粒在与工具基体表面平行的面内方向的应力得到松弛，提高韧性，能够提高耐崩刀性及耐缺损性。并且，优选地，当晶粒内平均取向差显示出2度以上的晶粒以相对于所述复合氮化物层或复合碳氮化物层的面积比例计存在30％以上时，能够进一步松弛具有NaCl型面心立方结构的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)晶粒在与工具基体表面平行的面内方向的应力。而且，当所述晶粒内平均取向差为1度以上且小于2度的范围内存在面积比例的度数峰值时，还能够进一步松弛具有NaCl型面心立方结构的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)晶粒在与工具基体表面平行的面内方向的应力。并且发现了：作为硬质包覆层形成具备所述晶粒内平均取向差的(Ti1-xAlx)(CyN1-y)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，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置有硬质包覆层，所述表面包覆切削工具的特征在于，(a)所述硬质包覆层至少包含平均层厚为1～20μm的Ti和Al的复合氮化物层或复合碳氮化物层，由组成式：(Ti1‑xAlx)(CyN1‑y)表示该复合氮化物层或复合碳氮化物层的情况下，Al在Ti和Al的总量中所占的平均含有比例xavg及C在C和N的总量中所占的平均含有比例yavg分别满足0.60≤xavg≤0.95，0≤yavg≤0.005，其中，xavg、yavg均为原子比，(b)所述复合氮化物层或复合碳氮化物层至少包含具有NaCl型面心立方结构的Ti和Al的复合氮化物或复合碳氮化物的晶粒，(c)在使用电子背散射衍射装置从与所述复合氮化物层或复合碳氮化物层的表面垂直的方向对其表面研磨面进行分析，并求出具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒的晶粒内平均取向差的情况下，所述晶粒内平均取向差显示1度以上的所述具有NaCl型面心立方结构的晶粒以在所述复合氮化物或复合碳氮化物层中所占的面积比例计存在50％以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.31 JP 2015-170657;2016.08.25 JP 2016-165181.一种表面包覆切削工具，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置有硬质包覆层，所述表面包覆切削工具的特征在于，(a)所述硬质包覆层至少包含平均层厚为1～20μm的Ti和Al的复合氮化物层或复合碳氮化物层，由组成式：(Ti1-xAlx)(CyN1-y)表示该复合氮化物层或复合碳氮化物层的情况下，Al在Ti和Al的总量中所占的平均含有比例xavg及C在C和N的总量中所占的平均含有比例yavg分别满足0.60≤xavg≤0.95，0≤yavg≤0.005，其中，xavg、yavg均为原子比，(b)所述复合氮化物层或复合碳氮化物层至少包含具有NaCl型面心立方结构的Ti和Al的复合氮化物或复合碳氮化物的晶粒，(c)在使用电子背散射衍射装置从与所述复合氮化物层或复合碳氮化物层的表面垂直的方向对其表面研磨面进行分析，并求出具有NaCl型面心立方结构的各个晶粒的晶粒内平均取向差的情况下，所述晶粒内平均取向差显示1度以上的所述具有NaCl型面心立方结构的晶粒以在所述复合氮化物或复合碳氮化物层中所占的面积比例计存在50％以上。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙冈翔，佐藤贤一，山口健志，
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