用于对超耐热合金和不锈钢进行车削的细晶粒硬质合金制造技术

本发明专利技术涉及一种用于对超耐热合金和不锈钢进行车削的切削刀片，其包括非常细的晶粒的硬质基底和涂层。所述基底包括ＷＣ，５－８ｗｔ－％的Ｃｏ和０．３－１．５ｗｔ－％的Ｃｒ。此外，还存在ｐｐｍ水平的元素Ｔｉ、Ｔａ、或Ｔｉ和Ｔａ的混合物。比率Ｍｅ／Ｃｏ＝（ａｔ－％Ｔｉ＋ａｔ－％Ｎｂ＋ａｔ－％Ｔａ）／ａｔ－％Ｃｏ低于或等于０．０１４－（ＣＷ＿Ｃｒ）＊０．００８，并高于０．０００５。烧结ＷＣ的平均晶粒尺寸为０．５－０．９５μｍ，而ＣＷ＿Ｃｒ为０．７５－０．９５。硬质合金主体涂有ＰＶＤ　Ｔｉ↓［ｘ］Ａｌ↓［１－ｘ］Ｎ涂层，其具有０．４＜ｘ＜０．９的平均组分，涂层以多层涂层存在，且涂层总厚度＞１μｍ，但＜６．０μｍ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带涂层的切削刀具刀片，特别适用于在湿润条件下对超耐热合金和不锈钢进行车削。非常坚硬的细晶粒基底与(Ti， Al) N的PVD涂层的结合极大地增加了抗缺口磨损性，并且维持良好的 后刀面耐磨性、良好的抗塑性变形性和副刀刃的抗缺口磨损性。
技术介绍
超合金和不锈钢尤其发展为用于要求在高温下有卓越的机械性能 和化学性能的应用场合。超合金用于航空发动机，而不锈钢用于较大 范围的应用中。提高高温性能所做的几乎每一个冶金工艺改变使得更 难对这些合金进行加工。对于不锈钢，对于奥氏体不锈钢和所谓的双 相不锈钢，这最为突出。随着髙温强度的增加，合金在切削温度下会变得更硬且更刚性。 这导致在加工过程中切削刃上增加的切削力和增加的磨损。因为在切屑形成过程中较坚固的材料产生更多的热量，且因为这 些合金的导热性相对较低，因此产生很高的切削温度。这也促使切削 刃的磨损增加。车削通常可分为粗加工、半粗加工、半精加工和精加工。在粗加 工和半粗加工中，切削深度通常都大于刀尖半径，并且在HRSA和不锈 钢中，在主刀刃和副刀刃上的缺口磨损通常是主要的磨损机制，还有 塑性变形磨损、后刀面磨损和火口磨损。在半精加工和精加工中，切 削深度通常小于刀尖半径，并且后刀面磨损、塑性变形磨损和火口磨 损占主导。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种切削刀具刀片，特别适用于在湿润条件 下对超耐热合金和不锈钢进行车削。本专利技术的另一目的是提供一种切削刀具刀片，其主刀刃在粗加工 和半粗加工中具有提高的缺口耐磨性，并且在半精加工和精加工应用 中具有提高的后刀面耐磨性。现已惊喜的发现，在车削超耐热合金和不锈钢时，涂敷有PVD涂 层的非常细晶粒和高硬度的切削刀具刀片极大提高了主(leading)刀刃上的缺口耐磨性，并且维持在粗加工和半粗加工操作中的抗塑性变 形性和后刀面磨损性，以及在半精加工和精加工操作中增加的后刀面 耐磨性。由此，本专利技术涉及一种带涂层的切削刀具刀片，其由硬质合金主 体和涂层组成。附图说明图l示出根据本专利技术的硬质合金采用背散射电子、通过SEM放大 6000X的烧结结构。图2示出根据现有技术的硬质合金采用背散射电子、通过SEM放大 6000X的烧结结构。具体实施方式硬质合金主体包括晶粒尺寸为0.4-1.0pm，优选为0.5-0.95jum的碳 化钩(WC) ， 5-8wt-y。的Co，优选为5.2-7.8wt-。/。的Co，最优选为 5.5-7.5wt-。/。的Co，以及Cr,使得Cr/Co比率按重量计为0.05-0.15，优选 为0.07-0.14，以及余量的WC。此外，还存在ppm (百万分之)水平的 元素Ti、 Ta、或Ti和Ta的混合物，使得比率Me/Cc^ (at-%Ti+at-%Ta)/&^%0)低于或等于0.014- (CW一Cr) * 0.008，并高于0.0005，优选高 于0細7，而且CW—Cr为0.75-0.95，优选为0.76-0.卯，其中 CW_Cr= (magnetic-%Co+1.13*wt-%Cr) /wt-%Co 其中magnetk-。/。Co是磁性Co的重量百分比，wt-。/。Cr是Cr在硬质合 金中的重量百分比，而wt-。/。Co是Co在硬质合金中的重量百分比。已经发现，根据本专利技术，当硬质合金主体具有0.75-0.95的CW—Cr 时，优选为0.76-0.90时，则可以实现提高的切削性能。在一个优选实施方式中，Co含量为5.7-6.1wt-y。，而在另一个优选 实施方式中，Co含量为6.8-7.2wt-。/。。硬质合金主体涂有PVD TixAl^N涂层，涂层以多层涂层存在，其 中具有0.4< x< 0.9的平均组分。涂层的总厚度为〉lpm，优选为> 1.5,最优选为>2.0,，但< 6.0,，优选为< 5都m，最优选为< 4.5pm。组分和厚度均是在后刀面、距刀尖半径lmm且距切削刃的 200pm处测量的。在另一个优选实施方式中，涂层包括非周期性(Ti， Al) N多层， 该多层由二元A/B/A/B/A/B结构组成，其中贯穿整个涂层重复若干薄的 交替子层A和B。子层A/B的一个序列在此表示为一个薄层。由于涂层的非周期性特征，因此每个薄层的厚度都变化，但平均薄层厚度在 30-300nm内，优选为60-120nm。子层A包括AlxTi!-xN，其中乂=0.40-0.7， 优选为x:0.5-0.67。层B包括TiyAh-yN，其中y二0.6-l，优选为乂=0.75-1。 用例如微探针或EDS所测量的整个涂层的化学计量在范围TizAl^N内， z=0.40-0.7，优选为zi.45-0.6。在优选实施方式中，具有足够厚度的外 层TibAh.bN， b=0.8-0.9，优选为0.82-0.85，给出可见的、均匀的青铜色 外观，优选为0.1-lpm厚。在另一优选实施方式中，涂层为由均匀的Tio.5Alo.sN层以及具有TiN和TV5Alc.5N的交替层的薄层的序列层组成的多层。该序列层重复 10-15次。均匀的Tio.5Alo.5N层的厚度为0.1-0.2pm，而薄层的厚度为 0.1-0.2pm。薄层内的每个单独TiN或Ti().5Al。.5N层的厚度为0.1-20nm。 该多层的平均组分优选为TieAl^N层，c=0.7-0.9。本专利技术还涉及一种制造包括硬质合金主体和涂层的涂层切削刀具 刀片的方法。硬质合金主体采用常规粉末冶金技术碾磨、压制和烧结 制造，并且它包括5-8wt-。/。的Co，优选为5.2-7.8wt-。/。的Co，最优选为 5.5-7.5wt-。/。的Co，以及Cr，使得Cr/Co比率按重量计为0.05-0.15，更优 选为0.07-0.14，以及余量的WC。此外，还存在ppm水平的元素Ti、 Ta、 或Ti和Ta的混合物，使得比率Me/Co= ( at-%Ti++at-wt%Nb+at-%Ta ) /&1-%0)低于或等于0.014- (CW—Cr) * 0.008，并高于0.0005,优选高 于0扁7，而CW—Cr为0.75-0.95，优选为0.76-0.90，其中CW—Cr= ( magnetic-%Co+1.13* wt-%Cr ) /wt-%Co 。CW一Cr的值通过将适量炭黑或钨粉末加入到粉末混合物中来监在常规后烧结处理之后，用PVD法，优选用电弧蒸镀法沉积上具 有0.4< x< 0.9的平均组分的PVD TixAl"N多层涂层。涂层总厚度> lpm，更优选为> 1.5pm，最优选为〉2.(Him，但< 6.0pm，优选为< 5都m，最优选为< 4.5,。本专利技术还涉及根据上述的刀片的用途，用于湿车削耐热超合金， 例如Inconel (铬镍铁合金)718， Inconel 625， Waspaloy， Udimet720 以及不锈钢，如AISI/SAE304， San-Mac316L， SAF2205， SAF2057， 切削速度为30-250m/分钟，而进刀速度为0.1-0.4mm/转。实施例l将碳化钨粉，6wt-。/。的非常细的晶粒的Co粉，0.6wt-y。的Cr， 140p本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于对超耐热合金和不锈钢进行车削的切削刀具刀片，包括基底和涂层，其特征在于：　所述基底包括ＷＣ，５－８ｗｔ－％的Ｃｏ，Ｃｒ，使得在重量上Ｃｒ／Ｃｏ比为０．０５－０．１５，以及ｐｐｍ水平的Ｔｉ、Ｔａ、或Ｔｉ和Ｔａ的混合物，以这样的量存在，即使得比率Ｍｅ／Ｃｏ＝（ａｔ－％Ｔｉ＋ａｔ－％Ｔａ）／ａｔ－％Ｃｏ低于或等于０．０１４－（ＣＷ＿Ｃｒ）＊０．００８，并高于０．０００５，而ＣＷ＿Ｃｒ为０．７５－０．９５，其中，　ＣＷ＿Ｃｒ＝（ｍａｇｎｅｔｉｃ－％Ｃｏ＋１．１３＊ｗｔ－％Ｃｒ）／ｗｔ－％Ｃｏ　其中ｍａｇｎｅｔｉｃ－％Ｃｏ是磁性Ｃｏ的重量百分比，ｗｔ－％Ｃｒ是Ｃｒ在硬质合金中的重量百分比，而ｗｔ－％Ｃｏ是Ｃｏ在硬质合金中的重量百分比，并且，　所述涂层为ＰＶＤ　Ｔｉ↓［ｘ］Ａｌ↓［１－ｘ］Ｎ涂层，以多层涂层存在，其具有０．４＜ｘ＜０．９的平均组分，涂层作为单层涂层或多层涂层存在，且涂层的总厚度为＞１μｍ，但＜６．０μｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马林莫滕松，克斯廷伦丁，苏珊诺格伦，马丁汉松，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]