本发明专利技术提供一种在高速重切削加工中硬质包覆层具备优异的韧性、耐崩刀性且经长期使用发挥优异的耐磨性的表面包覆切削工具。一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面化学蒸镀有包括下述(a)、(b)的硬质包覆层：(a)下部层，其为至少包含Ti的碳氮化物层且具有3～20μm的合计平均层厚的Ti化合物层；及(b)上部层，其为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，其特征在于，构成上述(a)的下部层的至少1层Ti的碳氮化物层具有其平均粒径沿膜厚方向以0.5μm～5μm的周期发生周期性变化的晶粒组织结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在伴有高热发生并且高负荷作用于切削刃的各种钢或铸铁的高速重切削加工中，硬质包覆层具备优异的韧性和耐崩刀性，由此经长期使用发挥优异的切削性能的表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)。
技术介绍
以往通常已知在由碳化钨(以下用WC表示)基硬质合金或碳氮化钛(以下用TiCN 表示)基金属陶瓷构成的基体(以下将这些统称为工具基体)的表面形成由下述(a)及 (b)构成的硬质包覆层而成的包覆工具(a)下部层，其为包括均被化学蒸镀形成的Ti的碳化物(以下用TiC表示)层、 氮化物(以下同样用TiN表示)层、碳氮化物(以下用TiCN表示)层、碳氧化物(以下用 TiCO表示)层及碳氮氧化物(以下用TiCNO表示)层中的2层以上的Ti化合物层；及(b)上部层，其为化学蒸镀形成的氧化铝(以下用Al2O3表示)层，并且已知该包覆工具使用于各种钢或铸铁等的切削加工。但是，上述包覆工具的切削性能尤其因下部层的组织结构而受较大影响，因此关于下部层的晶粒组织结构，一直进行了各种提案。例如，引用文献I中进行了如下提案在作为下部层形成TiN层、作为其上的第2 层形成TiCN层、并且在其上形成TiC层、TiN层、TiCN层等的包覆工具中，当由柱状晶粒构成上述第2层的TiCN层，当第2层膜厚为4. O μ m以下时，该TiCN层的平均结晶粒径为O.I I μπι范围，当第2层的膜厚超过4. Ομ 且20μπι以下时，设在O. 5 3. Ομ 范围， 并将第2层的硬度设为1600 2400kg/mm2，由此使硬质包覆层与母材的粘附性牢固，提高硬质包覆层的韧性、耐剥离性、耐磨性。另外，引用文献2中进行了如下提案在与基体靠近的第I层包括TiN、第2层包括TiCN的下部层中，使第2层的膜厚相对于总膜厚为60%以上，并且其颗粒的水平方向的平均粒径为O. 3 I. 2μπι，将垂直方向的平均粒径设为水平方向的平均粒径的2. 5倍以上， 由此提高包覆工具的耐剥离性、耐崩刀性、耐磨性。另外，引用文献3中进行了如下提案作为下部层的Ti化合物层至少形成柱状晶的TiCN层，将从该TiCN层的上端距离该TiCN层的厚度的1/5的位置的TiCN柱状晶粒的水平方向的平均粒径dl与从该TiCN层的下端距离该TiCN层的厚度的2/5的位置的TiCN柱状晶粒的水平方向的平均粒径d2之比设为I ( dl/d2 ( I. 3，并且设成dl = O. 2 I. 5 μ m， 由此谋求耐磨性、耐缺损性双方优异，且改善包括断续切削在内的长时间的切削加工中的耐缺损性和耐磨性。此外，引用文献4中进行了如下提案一种包覆工具，其作为硬质包覆层至少具有 TiCN层和Al2O3层，其中，该TiCN层包括下部TiCN层和上部TiCN层，下部TiCN层的膜厚tl 为Ιμπι≤tl≤10 μ m，上部TiCN层的膜厚t2为O. 5 μ m≤t2≤5μπι，并且，满足I < tl/t2彡5的关系，此外，上部TiCN层的TiCN颗粒的平均晶宽w2为O. 2 I. 5 μ m，下部TiCN 层的TiCN颗粒的平均晶宽wl设为《2的O. 7倍以下，由此提高硬质包覆层的粘附性，防止层间剥离，谋求改善断续切削加工等中的耐缺损性、耐磨性。专利文献I :日本专利公开平7-285001号公报专利文献2 :日本专利公开平10-15711号公报专利文献3 :日本专利公开平10-109206号公报专利文献4 :日本专利公开2005-186221号公报目前为如下现状近年来对切削加工中的节省劳力化及节能化的要求强烈，随此， 包覆工具逐渐在更加苛刻的条件下使用，例如在所述专利文献I 3所示的包覆工具中,在使用于伴有高热发生且高负荷作用于切削刃的高速重切削加工时，由于下部层的韧性不充分，所以因切削加工时的高负荷而容易在切削刃上产生崩刀，其结果，在较短的时间内达到使用寿命。
技术实现思路
因此，本专利技术人等从如上所述的观点出发，对即使使用于伴有高热发生并且高负荷作用于切削刃的高速重切削加工时，硬质包覆层也具备优异的韧性、耐崩刀性，并且经长期使用发挥优异的耐磨性的包覆工具进行了深入研究的结果，获得了以下见解。S卩，本专利技术人等发现如下内容将包覆工具的硬质包覆层尤其是构成下部层的Ti 化合物层中的Ti的碳氮化物(以下用TiCN表示)层的晶粒组织结构构成为柱状组织与微粒组织的混合组织，并且，该柱状组织和微粒组织构成为如在层厚方向上周期性地交替出现的晶粒组织结构，由此不会损坏包括Ti化合物层的下部层固有的任何特性就能够提高包括下部层和上部层的硬质包覆层的韧性及耐崩刀性。并且，具有上述晶粒组织结构的TiCN层(以下称为改性TiCN层)例如能够通过以下化学蒸镀法成膜。例如，在工具基体表面蒸镀形成TiN层作为构成下部层的Ti化合物层中的I个层之后，(a)利用TiCl4-CH3CN-N2-H2系反应气体，在上述TiN层上蒸镀形成TiCN层，(b)在上述(a)的成膜过程中，停止导入上述反应气体，同时导入SF6系气体来进行SF6蚀刻，(c)接着，反复进行上述(a)的工序和上述(b)的工序，形成目标厚度的TiCN层。通过上述(a) (C)形成改性TiCN层作为构成下部层的Ti化合物层中的I个层，但若用透射型电子显微镜对该改性TiCN层进行组织观察，则能够确认到形成有如包括柱状组织与微粒组织的混合组织且该柱状组织和微粒组织在层厚方向上周期性地交替出现的晶粒组织结构。并且发现，蒸镀形成具有上述晶粒组织结构的改性TiCN层作为构成硬质包覆层的下部层的Ti化合物层中的至少I个层的该专利技术的包覆工具，即便使用于伴有高热发生并且高负荷作用于切削刃的钢或铸铁的高速重切削加工中时，硬质包覆层也具备优异的韧性和耐崩刀性，并且经长期使用发挥优异的耐磨性。该专利技术是基于上述见解而完成的，其具有如下特征。(I) 一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面化学蒸镀包括下述(a)、(b)的硬质包覆层(a)下部层，为至少包含Ti的碳氮化物层且具有3 20 μ m的合计平均层厚的Ti 化合物层；及(b)上部层，为具有I 25μπι的平均层厚的氧化铝层，其中，构成上述(a)的下部层的至少I层Ti的碳氮化物层具有平均粒径沿膜厚方向以0.5μηι 5μηι的周期发生周期性变化的晶粒组织结构。(2)如所述⑴所述的表面包覆切削工具，其中，上述(a)的Ti化合物层包括至少I层Ti的碳氮化物层，和Ti的碳化物层、氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的I层或2层以上。(3)如所述⑴或⑵所述的表面包覆切削工具，其中，具有如下晶粒组织结构在将构成上述(a)的下部层的至少I层Ti的碳氮化物层与工具基体表面平行地划分为O. 02 μ m的厚度范围区域，测定存在于该厚度范围区域的粒界数，以每I μ m的粒界数的倒数作为平均粒径D，求出沿膜厚方向的各厚度范围区域的平均粒径D的变化时，平均粒径D为O. 5 1.5μπι的厚度范围区域和平均粒径D为O. 05 O. 3 μ m的厚度范围区域沿该层的膜厚方向交替形成至少多个区域，由此构成上述下部层的至少I层 Ti的碳氮化物层的平均粒径D沿膜厚方向以O. 5 μ m 5 μ m的周期发生周期性变化。以下对本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙冈翔，富田兴平，中村惠滋，长田晃，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：
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