本发明专利技术提供一种硬质包覆层在高负荷作用于刀刃的干式断续重切削加工中发挥优异的耐缺损性和韧性的表面包覆切削工具。在通过物理蒸镀在由硬质合金烧结体构成的切削工具基体表面形成由TiN层构成的硬质包覆层的表面包覆切削工具中，将TiN晶粒设为具有与平均层厚相同高度的柱状晶组织，并且，将观察上述TiN层的水平截面中的晶粒组织时的粒径为10～100nm的晶粒所占的面积设为测定面积中的90％以上，而且，将用电子背散射衍射装置测定表面的晶粒的晶体方位时，由与相邻的测定点的晶体方位之差成15度以上的晶体界面包围的直径为0.2～4μm的部分占所测定的整体面积中的20％以上，由此在断续重切削加工中发挥优异的耐缺损性和韧性。
【技术实现步骤摘要】
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)，其由于硬质包覆层作为微细的柱状晶形成的同时，具备韧性优异的双轴定向畴，因此即使在钢或铸铁等的重切削加工之类的苛刻的切削条件下使用时，也显示优异的耐缺损性，可以实现切削工具的长寿命化。
技术介绍
通常的包覆工具公知有，在各种钢或铸铁等被切削材料的车削加工中装卸自如地安装于车刀前端部中使用的刀片，或者装卸自如地安装所述刀片而与在表面加工或槽加工以及台肩加工等中使用的整体式的立铣刀同样地进行切削加工的刀片式立铣刀等。并且，作为包覆工具，广泛公知有如下包覆工具，即在由碳化钨(以下用WC表示) 基硬质合金烧结体构成的工具基体的表面物理蒸镀由Ti的氮化物(以下用TiN表示)层构成的硬质包覆层而形成的包覆工具，并且在各种钢或铸铁等的连续切削或断续切削加工中使用。尤其是作为重视钛的氮化物或碳氮化物的晶体结构的技术，在专利文献1及专利文献2所示的文献中，提出有由化学蒸镀法蒸镀的、通过钛的碳氮化物具有双晶结构来提高形成硬质包覆层的颗粒彼此的结合力的技术。而且，在专利文献3所示的文献中，提出有如下技术形成硬质包覆层的钛的碳氮化物的晶粒构成显示在从工具基体的法线方向距离 0度 15度的方向上具有晶体方位<111>的晶粒占整体的15%，且测定相邻的晶粒彼此所成的角时，小角度晶界(0 15度)的比例为50%这样的晶体排列的钛的碳氮化物，从而提高表面包覆切削工具的耐缺损性。专利文献1 日本专利4004133号说明书专利文献2 日本专利3768136号说明书专利文献3 日本专利公开2009-56538号公报近年来切削加工装置的FA化非常显著，除此之外，强烈要求切削加工节省劳力化、节能化、以及低成本化以及效率化，伴随此存在因高进给、高切深等要求高效的重切削加工的倾向，但现状为如下在上述以往的包覆工具中，在一般条件下切削加工各种钢或铸铁时不会产生特别的问题，但在冲击性且断续性高负荷作用于刀刃的干式断续重切削中使用时，由于易在硬质包覆层的内部促进裂纹的同时，硬质包覆层的韧性低，因此容易产生硬质包覆层的缺损而产生刀刃部的缺损，以此为原因，在较短时间内达到使用寿命。因此，本专利技术者们从如上所述的观点考虑，为了提高包覆工具的耐缺损性并谋求使用寿命的延长化，着眼于由TiN层构成的硬质包覆层的晶体形态，进行深入研究的结果， 得出了如下见解。以往包覆工具的由TiN层构成的硬质包覆层通过如下方法制造例如在作为图2 所示的物理蒸镀装置的1种溅射(SP)装置上安装由上述WC基硬质合金烧结体构成的工具基体，例如在装置内加热温度300 500 V、外加于工具基体的直 流偏压_50 -100V、负极电极金属Ti、溅射功率3 6kW、装置内气体流量氮(N2)气+氩(Ar)气、装置内气压0· 3 1. 5Pa的条件下形成TiN层(以下称为以往TiN层)。但是，本专利技术者们发现，关于TiN层的形成，若例如使用利用了图1中以简要说明图表示的作为物理蒸镀装置的一种压力梯度型Ar等离子气体的离子镀装置，在装置内安装上述工具基体，在工具基体温度400 460°C、蒸发源金属Ti、等离子枪放电功率9 12kW、反应气体流量氮(N2)气体80 120sccm、放电气体氩(Ar)气体30 60sccm、外加于工具基体的直流偏压0V、蒸镀速度0· 04 0. llnm/sec.这样的条件下进行蒸镀，则该TiN层(以下称为改性TiN层)与所述以往TiN层相比，在对刀刃施加高负荷的高进给、高切深的重切削加工中显示优异的耐磨损性和耐缺损性。
技术实现思路
该专利技术是基于上述研究结果而完成的，其具有如下特征一种在由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体的表面，物理蒸镀由具有 0. 2 2 μ m平均层厚的TiN层构成的硬质包覆层的表面包覆工具，其特征在于，上述TiN层由具有与上述平均层厚相同高度的柱状晶组织构成，并且，观察上述 TiN层的水平截面中的晶粒组织时，粒径为10 IOOnm的晶粒占测定面积中的90%以上， 而且，用电子背散射衍射装置测定表面的晶粒的晶体方位时，由与相邻的测定点的晶体方位之差成为15度以上的晶体界面包围的直径为0. 2 4 μ m的部分占所测定的整体面积中的20%以上。下面对该专利技术进行详细说明。如已叙述，该专利技术是如下进行的，即例如使用利用了图1中以简要说明图表示的压力梯度型Ar等离子气体的离子镀装置，在装置内安装由WC基硬质合金烧结体构成的工具基体，在工具基体温度400 460°C、蒸发源金属Ti、等离子枪放电功率9 12kW、反应气体流量氮(N2)气体80 120sccm、放电气体氩(Ar)气体30 60sccm、外加于工具基体的直流偏压0V、蒸镀速度0· 04 0. llnm/sec.这样的条件下进行蒸镀。 另外，作为以往TiN层的构成成分的Ti具有提高高温强度，另外，N具有提高层强度的作用是众所周知的，除此之外，该专利技术的改性TiN层即使在高速断续重切削加工条件这样的苛刻的使用条件下，也发挥优异的韧性和耐缺损性。而且其理由如以下叙述，与改性TiN层的特异的晶粒形态具有较强的关连性。首先，关于由上述蒸镀形成的改性TiN层在将表面设为研磨面的状态下，利用电子背散射衍射装置，分析所述硬质包覆层的TiN层表面的水平截面的晶体方位，结果发现， 由相邻的测定点之间的晶体方位的方位差在特定的共通轴周围处的旋转角度(以下称为旋转角度)中成15度以上的晶体粒径包围的畴直径0. 2 4μ m的畴占所测定的面积的 20%以上。另外，在此所说的畴直径是指具有与其畴区域相同面积的正圆的直径。首先，观察膜的水平截面的晶体组织并测定各个晶粒度，结果发现直径为10 IOOnm的晶粒在整个测定面积中以面积比例计占90%以上。另外，在此所说的直径是指具有与其晶粒相同面积的正圆的直径。下面对该专利技术进行详细说明。在上述的由以面积比例计90%以上的直径10 IOOnm的晶粒构成且畴内部的晶体方位的角度差不到15度这样的畴直径0. 2 4μπι的畴以面积比例计存在20%以上的所述改性TiN层中，构成所述畴内部的晶粒至少由以面积比例计50%以上的直径10 IOOnm 的晶粒构成。因此，以面积比例计存在于所述畴内的50%以上的晶粒与存在于附近，尤其存在于同一畴内的晶粒显示晶体方位之差以旋转角度计不到15度这样的双轴定向性，从这点来看所述畴内的晶粒彼此的界面相容性高，具备犹如单晶那样的优异的韧性的同时，而且， 具有直径为10 IOOnm的微细组织并能够维持耐缺损性，因此，即使在薄膜中容易发生龟裂或缺损的断续重切削加工中也可以谋求工具的长寿命化。关于上述的改性TiN层而言，若晶粒的大小不到lOnm，则得不到晶粒本身的强度且得不到所希望的强度，而且若超过IOOnm则晶粒变粗大而成为崩刀的原因，因此将以面积比例计薄膜的90%以上的晶粒的大小定为IOnm lOOnm。另外，如果构成TiN层的畴的面积比例不到20%，由于得不到所希望的韧性，因此将畴的面积比例定为20%以上。专利技术效果该专利技术的包覆工具在构成由TiN层组成的硬质包覆层的TiN晶粒中，粒径为10 IOOnm的晶粒以面积比例计占整体的90%以上，且用电子背散射衍射装置测定表面的晶粒的晶体方本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种表面包覆切削工具，是在由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体表面物理蒸镀由具有０．２～２μｍ平均层厚的ＴｉＮ层构成的硬质包覆层的表面包覆切削工具，其特征在于，上述ＴｉＮ层由具有与上述平均层厚相同高度的柱状晶组织构成，并且，观察上述ＴｉＮ层的水平截面中的晶粒组织时，粒径为１０～１００ｎｍ的晶粒占测定面积中的９０％以上，而且，用电子背散射衍射装置测定表面的晶粒的晶体方位时，由与相邻的测定点的晶体方位之差成１５度以上的晶体界面包围的直径为０．２～４μｍ的部分占所测定的整体面积中的２０％以上。
【技术特征摘要】
2010.01.27 JP 2010-0150271. 一种表面包覆切削工具，是在由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体表面物理蒸镀由具有0. 2 2 μ m平均层厚的TiN层构成的硬质包覆层的表面包覆切削工具，其特征在于，上述TiN层由具有与上述平均层厚...
【专利技术属性】
技术研发人员：田中耕一，高冈秀充，
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
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