表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种表面包覆切削工具，其根据控制由立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体及包覆于该表面的硬质包覆层的残留应力差，在进行长时间断续切削时也发挥优异的耐崩刀性。作为由立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体表面蒸镀形成硬质包覆层的表面包覆切削工具，工具基体与硬质包覆层的界面处的工具基体及硬质包覆层的残留应力值分别为－２ＧＰａ以下，并且两者的残留应力之差为０．５ＧＰａ以下，优选表示硬质包覆层中的残留应力值朝向硬质包覆层的表面以绝对值逐渐变小的残留应力分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种立方晶氮化硼(以下以cBN表示)基超高压烧结材料制表面包覆 切削工具(以下称为cBN包覆工具)，其在冲击性负载断续作用于刀刃的断续切削加工中根 据硬质包覆层具备优异的耐崩刀性，在长期使用中发挥优异的切削性能。
技术介绍
以往，公知有在钢、铸铁等的铁系被切削材料的切削加工中将cBN基超高压烧结 材料作为与被切削材料的亲和性低的工具材料利用，并且有从耐磨性的提高、工具寿命的 改善等观点广泛公知有在cBN基超高压烧结材料的表面包覆形成硬质包覆层的cBN包覆工 具。例如，如专利文献1所示，公知有如下cBN包覆工具将cBN基超高压烧结材料 设为工具基体(以下称为cBN工具基体)，由如族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧 化物、氮氧化物、氧化物、Al2O3等1种单层或2种以上的多层构成其表面，层中的残留应力 为-0. 2 0. 2GPa, cBN工具基体的硬质相的残留应力为-0. 5 OGPa，并且高温耐塑性变 形性、耐磨性、耐缺损性优异。并且，如专利文献2所示，公知有如下cBN包覆工具使0. 1 3GPa的压缩残留应 力存在于cBN工具基体的由选自^、5a、6a族金属、Al及Si的至少1种金属元素的碳化物、 氮化物、硼化物、氧化物等构成的硬质包覆层中，并且耐磨性、耐缺损性优异。并且，如专利文献3所示，关于硬质包覆层中的应力分布，还公知有如下cBN包覆 工具在形成于cBN工具基体表面的硬质包覆层的厚度方向上产生压缩应力的变化，在硬 质包覆层的最表层具有最小压缩应力，以包覆层中间点表示最大压缩应力，从包覆层中间 点到cBN工具基体表面具有作为一定的压缩应力的应力分布，并且根据该cBN包覆工具，可 以改善韧性、耐磨性及耐崩刀性。专利文献1 日本专利公开平6-330321号公报专利文献2 日本专利公开2006-263857号公报专利文献3 日本专利公开2006-35345号公报近几年的切削加工装置的FA化非常显著，另一方面对切削加工的节省劳力化及 节能化以及低成本化的要求强烈，伴随此，切削加工有如下倾向，即除了在通常的切削条件 以外，在更严峻的条件下进行切削加工，但在上述的以往包覆工具中，当用在通常条件下的 切削加工中时没有产生特别的问题。但是，将此用于淬火钢等高硬度钢的高速断续切削中 时，断续反复冲击性负载作用于刀刃，但由于cBN工具基体与硬质包覆层的附着强度不充 分，因此由于该原因易产生崩刀、缺损，所以在比较短的时间内达到使用寿命，在长期使用 中无法充分发挥耐磨性。
技术实现思路
因此，为了在长期使用中发挥优异的切削性能，提高cBN工具基体和硬质包覆层的附着强度就成为了重大课题。本专利技术人们为了谋求在CBN包覆工具中cBN工具基体与硬质包覆层之间的附着强 度的提高，进行深入研究的结果得到了如下见解。其中所述cBN包覆工具为如下将cBN基 超高压烧结材料作为工具基体材料，作为硬质包覆层形成由选自Ti、Cr、Al、及Si的至少1 种金属元素的氮化物、碳氮化物中的1种单层或2种以上的多层。首先，本专利技术人们查明了如下为引起附着强度的下降，产生崩刀、缺损等的原因之 一，即在cBN工具基体例如以PVD蒸镀形成硬质包覆层而制作cBN包覆工具，将此cBN包覆 工具提供于高速断续切削加工中的结果，通过存在于硬质包覆层内的残留应力，拉伸应力 对cBN工具基体起作用。因此，对cBN工具基体和硬质包覆层各自的残留应力值及cBN工具基体的残留应 力和硬质包覆层的残留应力的相互关系进一步进行调查的结果，发现如下内容当cBN工 具基体和硬质包覆层的界面处的两者的残留应力分别为-2GPa以下，并且两者的差值在 0. 5GPa以内时，cBN工具基体和硬质包覆层之间的附着强度大大提高。另外，如果将cBN工具基体和硬质包覆层的界面处的两者残留应力分别设 为-2GPa以下，并且在将两者之差值设为0. 5GPa以内之后，构成如硬质包覆层中的残留应 力随着朝向硬质包覆层的表面以绝对值逐渐减少的残留应力分布，则能够抑制根据高速断 续切削加工时的冲击性负载产生的龟裂向硬质包覆层内的进展，因此能够进一步防止崩 刀、缺损的产生。从而发现了如下内容，将cBN工具基体的残留应力及硬质包覆层的残留应力设为 预定值以上，另外，将cBN工具基体的残留应力和硬质包覆层的残留应力之差控制在预定 值以内的cBN包覆工具，或者除此之外还形成残留应力朝向硬质包覆层的表面以绝对值逐 渐减少的残留应力分布的cBN包覆工具，成为具有优异的附着强度，其结果在淬火钢等高 硬度被切削材料的高速断续切削加工中，不会产生崩刀、缺损、剥离等的异常损伤，发挥优 异的耐磨性的同时，谋求工具寿命的延长化。本专利技术是基于上述见解而完成的，其特征为，“ (1) 一种表面包覆切削工具，是在由立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具 基体表面蒸镀形成硬质包覆层的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述工具基体表面与硬质包覆层的界面处的，工具基体中的残留应力值及硬质 包覆层中的残留应力值均为_2GPa以下，并且工具基体中的残留应力与硬质包覆层中的残 留应力之差值为0. 5GPa以下。(2)如所述⑴记载的表面包覆切削工具，其特征在于，所述硬质包覆层由选自Ti、Cr、Al、及Si的至少1种金属元素的氮化物、碳氮化物 中的1种单层或2种以上的多层构成。(3)如所述⑴或⑵记载的表面包覆切削工具，其特征在于，表示所述硬质包覆层中的残留应力值朝向硬质包覆层的表面以绝对值逐渐变小 的残留应力分布。”以下对于本专利技术进行说明。立方晶氮化硼基超高压烧结材料制工具基体(cBN工具基体)超高压烧结材料制工具基体中的氮化硼(cBN)极其硬质，在烧结材料中形成分散相，并且通过该分散相有助于耐磨性的提高。cBN工具基体中的其他构成成分，例如作为结合相等能够使用选自周期表Via、Va 族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物、及由它们的固溶体构成的组中的至少1种和铝 化合物的陶瓷类结合材料，但不会对含有其他成分产生阻碍。为了使预定的残留应力形成于cBN工具基体的表面(即与硬质包覆层的界面)，例 如可以使用以下方法。通过通常的烧结法制造cBN工具基体之后，例如作为根据PVD成膜硬质包覆层时 的预处理，对cBN工具基体施以根据氧化铝粒子湿式喷射处理，根据调整其喷射压力和时 间，能够控制从cBN工具基体表面到最大5 μ m深度处的残留应力值。表1中表示在cBN粒径为2 μ m以下的cBN工具基体表面进行湿式喷射处理时，形 成于cBN工具基体表面的残留应力的值的一例。根据表1可知，通过将湿式喷射的喷射压力调整为0 O.MGPa，将喷射 时间调整为O 60sec之间，可以将形成于cBN工具基体表面的残留应力的值控制 在-0. 27 -3. 38GPa的范围内。关于形成于cBN工具基体表面的残留应力的值，通过根据利用XRD的“2 θ -8 η2Ψ 法”对cBN工具基体中所包含的TiN相进行测定并计算而获得。[表 1]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，是在由立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体表面蒸镀形成硬质包覆层的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述工具基体表面与硬质包覆层的界面处的，工具基体中的残留应力值及硬质包覆层中的残留应力值均为－２ＧＰａ以下，并且工具基体中的残留应力与硬质包覆层中的残留应力之差值为０．５ＧＰａ以下。

【技术特征摘要】
JP 2009-10-16 2009-2391531.一种表面包覆切削工具，是在由立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体表 面蒸镀形成硬质包覆层的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述工具基体表面与硬质包覆层的界面处的，工具基体中的残留应力值及硬质包覆 层中的残留应力值均为_2GPa以下，并且工具基体中的残留应...

【专利技术属性】
技术研发人员：仙北屋和明，高冈秀充，冈田义一，佐伯卓司，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]