表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种在断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性、耐磨性的表面包覆切削工具。本发明专利技术的表面包覆切削工具在工具基体的表面设有包含TiAlN层的硬质包覆层，其中，关于所述TiAlN层，在将其组成以组成式：(TixAl1‑x)N表示的情况下，具有满足0.10≤x≤0.35的平均组成，其中，x为原子比，在所述TiAlN层中存在高Ti带状区域，在所述高Ti带状区域中，相较于Ti成分的平均组成x，Ti成分的组成相对高，且所述高Ti带状区域至少沿与工具基体表面的法线所成的角度为30度以下的方向而存在，优选地，高Ti带状区域中的Ti成分的平均组成X满足(x+0.01)≤X≤(x+0.05)，高Ti带状区域的平均宽度W为30～500nm，高Ti带状区域的平均面积比例St为3～50面积％。

Surface-coated cutting tools

The invention provides a surface-coated cutting tool which plays an excellent anti-collapse and wear resistance in intermittent cutting. The surface cladding cutting tool of the present invention is provided with a hard cladding layer containing TiAlN layer on the surface of the tool substrate, in which the TiAlN layer has an average composition of 0.10 < x < 0.35 when its composition is expressed as (TixAl1 x) N, where x is the atomic ratio, and there is a high Ti band region in the TiAlN layer, and in the high Ti band region, phase is formed. Compared with the average composition X of the Ti component, the composition of the Ti component is relatively high, and the high Ti banded area exists at least along the direction below 30 degrees from the normal line of the tool base surface. Preferably, the average composition X of the Ti component in the high Ti banded area satisfies (x+0.01) = X (+0.05), the average width W of the high Ti banded area is 30-500 nm, and the average area of the high Ti banded area is 30-500 nm. The proportion of ST is 3-50%.

【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，称为包覆工具)，该表面包覆切削工具在合金钢等的断续切削加工中，硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性及耐磨性，在长期使用中发挥优异的切削性能。
技术介绍
通常，作为包覆工具，已知有：在各种钢或铸铁等被切削材料的车削加工或平面铣削加工中装卸自如地安装于车刀的前端部来使用的可转位刀片；在所述被切削材料的钻孔切削加工等中所使用的钻头或小型钻头(miniaturedrill)；在所述被切削材料的端面切削加工或槽加工、台阶面加工等中所使用的立铣刀；及在所述被切削材料的齿形的切齿加工等中所使用的整体式滚刀(solidhob)、插齿刀(pinioncutter)等。并且，以改善包覆工具的切削性能为目的，以往提出了很多方案。例如，如专利文献1所示，提出有一种厚膜、高硬度及低残余应力的耐磨性包覆工具，该包覆工具的工具基体表面包含有涂层，该涂层包含通过物理蒸镀而沉积的耐火层，其中，所述耐火层包含M1-xAlxN(式中，x≥0.68，且M为Ti、Cr或Zr)，所述耐火层含有立方晶相，且该包覆工具至少具有25Gpa的硬度。并且，在专利文献2中提出有一种耐磨性优异的包覆工具，该包覆工具的工具基体表面包覆有由TiAlN层构成的硬质包覆层，其中，上述硬质包覆层沿层厚方向具有成分浓度分布结构，该成分浓度分布结构中Al最高含有点(Ti最低含有点)与Al最低含有点(Ti最高含有点)隔开规定间隔而交替地重复存在，且Al(Ti)含量从所述Al最高含有点向所述Al最低含有点、从所述Al最低含有点向所述Al最高含有点连续发生变化，而且，上述Al最高含有点满足组成式：(Ti1-XAlX)N(其中，以原子比计，X表示0.70～0.95)，上述Al最低含有点满足组成式：(Ti1-YAlY)N(其中，以原子比计，Y表示0.40～0.65)，且相邻的上述Al最高含有点与Al最低含有点的间隔为0.01～0.1μm。专利文献1：日本特开2015-36189号公报专利文献2：日本特开2003-211304号公报近年来，切削加工装置的高性能化显著，另一方面，对切削加工的节省劳力化及节能化，进一步低成本化的要求强烈，随此，切削加工逐渐趋于高速化、高效率化，但在上述现有包覆工具中，在将其使用于钢或铸铁等通常的切削条件下的切削加工的情况下，不会产生特别的问题，但将其使用于例如合金钢等断续切削加工那样的伴有高热发生，而且，对切削刃施加冲击性的断续的高负荷的切削加工的情况下，现状是无法抑制龟裂的产生、扩散，并且，还促进磨损的发展，因此在较短时间内达到使用寿命。例如，在专利文献1所示的现有包覆工具中，作为M1-xAlxN的一个方式的TiAlN层为高硬度且耐磨性优异的层，且Al含量越多耐磨性越优异，其另一方面，晶格应变变大，因此存在耐崩刀性降低的问题。并且，在专利文献2所示的现有包覆工具中，能够通过沿层厚方向形成组成变化来兼顾高温硬度及耐热性、韧性，但由于层内的各向异性，存在无法充分防止层厚与垂直方向的龟裂的产生、扩散的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术人等根据上述观点，为了开发合金钢等断续切削加工那样的伴有高热发生且对切削刃作用有冲击性的、断续的高负荷的切削加工条件下，硬质包覆层可兼顾优异的耐崩刀性与耐磨性的包覆工具，着眼于硬质包覆层的成分组成、晶体结构及层结构等而进行研究的结果，得出了如下见解。即，本专利技术人发现：在工具基体表面形成由Ti与Al的复合氮化物(以下，有时以“TiAlN”表示。)层构成的硬质包覆层而成的包覆工具中，将该层中的Al在Ti与Al的总量中所占的组成比例设为较高，从而确保整个硬质包覆层的耐磨性，并且在层内，至少沿与工具基体表面的法线所成的角度为30度以下的方向上，形成Ti成分的组成相对高的带状区域(以下，有时称为“高Ti带状区域”。)，由此消除如所述专利文献2所示那样的因具有各向异性的硬质包覆层而引起的剥离的产生之类的问题，并且具有韧性的高Ti带状区域吸收、缓和切削加工时的冲击性的、断续的负荷，由此抑制硬质包覆层中的龟裂的产生、扩散，可抑制因它们而引起的崩刀的产生。因此，本专利技术的包覆工具在伴有高热发生且对切削刃作用有冲击性的、断续的高负荷的断续切削加工条件下，能够兼顾优异的耐崩刀性与耐磨性。本专利技术是根据上述见解而完成的，其特征为如下。(1)一种表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷及立方晶氮化硼烧结体中的任一个构成的工具基体的表面，设有至少包含Ti与Al的复合氮化物层的硬质包覆层，所述复合氮化物层的平均层厚为0.5～10.0μm，该表面包覆切削工具的特征在于，关于所述Ti与Al的复合氮化物层，在将其组成以组成式：(TixAl1-x)N表示的情况下，具有满足0.10≤x≤0.35的平均组成，其中，x为原子比，在所述Ti与Al的复合氮化物层中存在带状区域，在所述带状区域中，相较于所述Ti成分的平均组成x，Ti成分的组成相对高，且所述带状区域至少沿与工具基体表面的法线所成的角度为30度以下的方向而存在。(2)根据(1)所记载的表面包覆切削工具，其特征在于，在将所述Ti成分的组成相对高的带状区域的Ti成分的平均组成设为X的情况下，所述Ti与Al的复合氮化物层中的Ti成分的平均组成x和所述X满足(x+0.01)≤X≤(x+0.05)的关系。(3)根据(1)或(2)所记载的表面包覆切削工具，其特征在于，所述Ti成分的组成相对高的带状区域的平均宽度W为30～500nm。(4)根据(1)至(3)中任一个所记载的表面包覆切削工具，其特征在于，所述Ti成分的组成相对高的带状区域在所述Ti与Al的复合氮化物层的纵截面中所占的平均面积比例St为3～50面积％。(5)根据(1)至(4)中任一个所记载的表面包覆切削工具，其特征在于，所述Ti与Al的复合氮化物层由立方晶结构的晶粒与六方晶结构的晶粒的混合组织构成，所述Ti与Al的复合氮化物层的纵截面中所占的立方晶结构的晶粒的平均面积比例S为30面积％以上。接下来，对本专利技术的包覆工具详细地进行说明。TiAlN层的平均层厚：硬质包覆层至少包含TiAlN层，但在该TiAlN层的平均层厚小于0.5μm的情况下，无法充分得到通过TiAlN层而赋予的耐磨性提高效果，另一方面，若平均层厚超过10.0μm，则TiAlN层中的应变变大而容易自我破坏，因此将TiAlN层的平均层厚设为0.5～10.0μm。TiAlN层的平均组成：在将TiAlN层以组成式：(TixAl1-x)N表示的情况下，需要具有满足0.10≤x≤0.35(其中，x为原子比)的平均组成。在表示Ti成分的平均组成的x小于0.10的情况下，容易形成六方晶结构的TiAlN晶粒，且TiAlN层的硬度降低，从而无法得到充分的耐磨性。另一方面，在表示Ti成分的平均组成的x超出0.35的情况下，Al成分的组成比例减少，因此TiAlN层的高温硬度及高温抗氧化性降低。因此，将Ti成分的平均组成x设为0.10≤x≤0.35。另外，排除由于工具基体表面的污染的影响等而不可避免地检测出的碳或氧等元素而对Ti、Al、N的含有比例原子比进行定量，若N相对于Ti、Al及N的含有比例原子比的总计的含有比例为0.45以上且0.65以下的范围，则在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷及立方晶氮化硼烧结体中的任一个构成的工具基体的表面，设有至少包含Ti与Al的复合氮化物层的硬质包覆层，所述复合氮化物层的平均层厚为0.5～10.0μm，该表面包覆切削工具的特征在于，关于所述Ti与Al的复合氮化物层，在将其组成以组成式：(TixAl1‑x)N表示的情况下，具有满足0.10≤x≤0.35的平均组成，其中，x为原子比，在所述Ti与Al的复合氮化物层中存在带状区域，在所述带状区域中，相较于所述Ti成分的平均组成x，Ti成分的组成相对高，且所述带状区域至少沿与工具基体表面的法线所成的角度为30度以下的方向而存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.16 JP 2016-1812801.一种表面包覆切削工具，在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷及立方晶氮化硼烧结体中的任一个构成的工具基体的表面，设有至少包含Ti与Al的复合氮化物层的硬质包覆层，所述复合氮化物层的平均层厚为0.5～10.0μm，该表面包覆切削工具的特征在于，关于所述Ti与Al的复合氮化物层，在将其组成以组成式：(TixAl1-x)N表示的情况下，具有满足0.10≤x≤0.35的平均组成，其中，x为原子比，在所述Ti与Al的复合氮化物层中存在带状区域，在所述带状区域中，相较于所述Ti成分的平均组成x，Ti成分的组成相对高，且所述带状区域至少沿与工具基体表面的法线所成的角度为30度以下的方向而存在。2.根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤峻，大上强，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