表面被覆超硬合金切削工具制造技术

本发明专利技术提供在高速切削下也能发挥优异的耐热塑变形性的表面被覆超硬合金切削工具。表面被覆的超硬合金切削工具，在碳化钨为基础的超硬合金基体表面具有硬质被覆层，此硬质被覆层含有（ａ）下层，为具有０．５～２０μｍ的平均层厚的Ｔｉ化物层（ｂ）中间层，为具有１～２５μｍ的平均层厚的加热变态α型氧化铝层，（ｃ）上层，为具有０．３～１０μｍ的平均层厚且结晶结构为α型的蒸镀形成的氧化铝层以及根据需要的（ｄ）表面层，其为具有０．１～５μｍ的平均层厚蒸镀形成的氮化钛层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别是在伴随高热发生的高速切削条件下进行各种钢或铸铁等的切削加工时，切削刃部发挥优异的耐热塑变形性的表面被覆超硬合金切削工具(下面，称为被覆超硬工具)。
技术介绍
过去，一般地，已知的被覆超硬工具在以碳化钨(下面用WC表示)为基础的由超硬合金构成的基体(下面称为超硬合金基体)表面有蒸镀形成的硬质被覆层，此硬质被覆层由以下(a)～(c)构成。(a)下层，为具有3～20μm的平均层厚由下列中的1层或2层以上的叠层形成的Ti化物层分别经化学蒸镀形成和/或物理蒸镀形成(下面简称蒸镀形成)的Ti的碳化物(下面用TiC表示)层、氮化物(下面同样用TiN表示)层、碳氮化物(下面用TiCN表示)层、碳氧化物(下面用TiCO表示)层、和碳氮氧化物(下面用TiCNO表示)层，(b)上层，为具有3～15μm的平均层厚且结晶结构为α型的蒸镀形成的氧化铝(下面用Al2O3表示)层，(c)进一步根据需要，由于其具有金黄色的色调，为了工具使用前后的识别，以平均层厚为0.5～2μm的蒸镀形成的TiN层作为表面层。该被覆超硬工具，用于例如各种钢和铸铁等的连续切削和断续切削中也是已知的。另外，一般地，构成上述被覆超硬工具硬质被覆层的Ti化物层或Al2O3层具有粒状结晶结构，进一步地例如正如特开平6-8010号公报和特开平7-328808号公报上所公开的，构成上述Ti化物层的TiCN层，为了提高该层自身的韧性，在常规的化学蒸镀装置中，使用含有有机碳氮化物的混合气体作为反应气，在700～950℃的中温温度范围内通过化学蒸镀形成，具有纵向生长结晶结构。专利技术概述另一方面，近年来对切削加工工具的省力化和节能化，以及低成本化的要求增强，与此同时，与切削加工工具的高性能化相结合，切削加工有在高速下进行的倾向。在上述现有的被覆超硬工具中，将其用于常规条件下钢或铸铁等的连续切削或断续切削是没有问题的，但一旦将其用于高速切削加工，由于切削时发生的高发热，在切削刃部容易产生导致不均匀磨损的热塑变形，该结果促进了磨损的进行，导致的现状是在比较短的时间就达到了使用寿命。专利技术详述因此，本专利技术者们，从上述观点出发，为了开发在高速切削加工中发挥优异的耐热塑变形性的被覆超硬工具，特别是着眼于对上述现有的被覆超硬工具进行研究，得到了下面①～③的研究结果。①在超硬合金基体表面上，作为下层，在常规条件下，形成上述Ti化物层后，同样，在常规条件下，蒸镀形成结晶结构为κ型或θ型的Al2O3层，在此状态下加热处理，优选在Ar氛围气中，在1000℃以上温度保持规定时间的条件下实施加热处理，使上述κ型或θ型结晶结构变态为α型结晶结构，在生成的加热变态α型Al2O3层中加热变态生成的裂缝在层中均匀分散分布，上述加热变态α型Al2O3层由于在存在于层中的多个裂缝的作用下，尤其可用作高速切削时产生的高热量隔热层，抑制了上述高热量向超硬合金基体中的传递，从而使切削刃部的热塑变形得到明显的抑制，防止了不均匀磨损的发生，切削刃部可以采取正常的磨损形态，可以进行长期的切削加工。②以该加热变态α型Al2O3层为中间层，在该中间层的表面，同样，在常规条件下，如果以α型Al2O3层作为上部层蒸镀形成的物质构成硬质被覆层，结果在形成的被覆超硬工具中，由于蒸镀型的Al2O3层在与上述加热变态α型Al2O3层的界面中，充分混入到该加热变态产生的裂缝中，可以使上述加热变态产生的裂缝保持在明显稳定化的状态，因此即使在断续条件下进行高速切削，也不产生碎屑等，可以长期稳定地进行切削加工。③在通过加热变态κ型Al2O3层而形成的加热变态α型Al2O3层中，构成层的各结晶的六方晶基面(Basal Plain)采取大致平行于被覆膜生长面的方位，被覆膜的耐磨损性本身非常高，因而与上述被覆膜的隔热效果相结合发挥了更加显著的切削性能。本专利技术是基于上述研究结果的，在超硬合金基体表面具有含有下述(a)～(c)或(a)～(d)层的硬质被覆层的，在高速切削下发挥优异耐热变形性的被覆超硬工具。(a)下层，具有0.5～20μm，优选3～15μm，更优选5～10μm的平均层厚的由下列中的1层或2层以上的叠层形成的Ti化物层分别经蒸镀形成的TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层、和TiCNO层，(b)中间层，具有1～25μm，优选3～15μm，更优选5～10μm的平均层厚的具有加热变态α型结晶结构的Al2O3层，此加热变态α型结晶结构是由结晶结构为κ型或θ型的蒸镀形成的Al2O3层生成的，(c)上层，为具有0.3～10μm，优选0.5～5μm，更优选0.5～2μm的平均层厚，且结晶结构为α型的蒸镀形成的Al2O3层，(d)根据需要，以具有0.1～5μm，优选0.3～4μm，更优选0.5～2μm的平均层厚的蒸镀形成的TiN，TiC，TiCN中的至少一层作为表面层。上述具有α型结晶结构的Al2O3层，优选其具有加热变态产生的裂缝均匀分散分布的结构。下面对本专利技术的被覆超硬工具的硬质被覆层构成层的平均层厚被做如上限定的理由进行说明。(a)下层(Ti化物层)Ti化物层，本身具有韧性(强度)，由于其的存在硬质被覆层具备韧性，而且超硬合金基体与中间层的加热变态α型Al2O3层均能坚固地粘合，因此具有提高对硬质被覆层的超硬合金基体粘合性的作用。但其平均层厚不足0.5μm时，上述作用不能充分发挥。另一方面，其平均层厚超过20μm时，切削刃部容易产生碎屑。因此，该层的平均层厚优选为0.5～20μm。(b)中间层(加热变态α型Al2O3层)加热变态α型Al2O3层，如上述在层中均匀分散分布的加热变态产生的裂缝的作用下，防止了高速切削时产生的高热量向超硬合金基体的传递，具有抑制热塑变形的作用，其平均层厚不足1μm时，上述作用不能充分发挥。另一方面，平均层厚超过25μm，厚度变得过厚时，中间层中存在的上述加热变态产生的裂缝成为碎屑产生的原因。因此，该层的平均层厚优选在1～25μm。(c)上层(α型Al2O3层)上层在与上述加热变态的α型Al2O3层的界面中，由于充分混入到该加热变态产生的裂缝中，因而具有将该加热变态产生的裂缝保持在明显稳定化状态的作用，但其平均层厚不足0.3μm时，上述作用不能充分发挥。另一方面，其作用在平均层厚达10μm时就发挥充分了。因此，该层的平均层厚优选在0.3～10μm。(d)表面层(TiN，TiC和TiCN中至少一层)以TiN形成表面层时，由于其具有金黄色的色调，为了工具使用前后的识别，根据需要使其蒸镀形成，其平均层厚不足0.1μm时，不能得到充分的识别效果。另一方面上述TiN层的识别效果在其平均层厚达5μm时就很充分了。因此，考虑到经济性，该层的平均层厚优选在0.1～5μm。另外，此时的TiN层，除其最表面部分外的一部分或全部即使被TiC层和/或TiCN层置换也能维持上述效果。上述上层和表面层之间，优选介入具有0.5～5μm的平均层厚，且组成式用TiOx表示，厚度方向中央部用俄歇电子分光分析装置测定，O对于Ti的原子比x满足1.2～1.9的钛氧化物层。上述Ti氧化物层具有对钢或铸铁等被切削材料的亲合性极低、切削所产生的切削碎屑难以熔敷的性质，即表面润滑性。因此，由熔敷碎屑等引起的异常损伤得到显著的抑制。该效本文档来自技高网...

【技术保护点】
表面被覆超硬合金切削工具，在以碳化钨为基础的超硬合金基体表面含有硬质被覆层，硬质被覆层含有 （ａ）下层，为具有０．５～２０μｍ的平均层厚、由下列中的１层或２层以上叠层形成的Ｔｉ化物层：分别经蒸镀形成的Ｔｉ的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层和碳氮氧化物层， （ｂ）中间层，为具有１～２５μｍ的平均层厚的加热变态α型结晶结构的氧化铝层，所述加热变态α型结晶结构由结晶结构为κ型或θ型的蒸镀形成的氧化铝层生成，以及 （ｃ）上层，为具有０．３～１０μｍ的平均层厚，且结晶结构为α型的蒸镀形成的氧化铝层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：本间哲彦，植田稔晃，大鹿高岁，
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]