硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种在高速断续切削加工中硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性、耐缺损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通过以下方案解决所述课题，即硬质包覆层由化学蒸镀的下部层和上部层构成，（a）所述下部层为Ti化合物层，所述Ti化合物层至少包括1层Ti碳氮化物层且为具有3～20μm的合计平均层厚的1层或2层以上的Ti化合物层；（b）所述上部层为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，构成所述下部层的至少1层Ti碳氮化物层具有柱状纵向生长TiCN晶体组织，并在其组织内分散分布有微粒TiCN。

【技术实现步骤摘要】
硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具
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），在伴有高热产生且断续性或冲击性负载作用于切削刃的各种钢或铸铁的高速断续切削加工中，硬质包覆层具有优异的耐崩刀性，从而经长期使用而发挥优异的切削性能。
技术介绍
以往，已知通常在由碳化钨（以下用WC表示）基硬质合金或碳氮化钛（以下用TiCN表示）基金属陶瓷构成的工具基体（以下将这些总称为工具基体）的表面形成由以下（a）及（b）构成的硬质包覆层而成的包覆工具：（a）下部层为Ti化合物层，所述Ti化合物层由均化学蒸镀形成的Ti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1层或2层以上而成；及（b）上部层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用于各种钢或铸铁等的切削加工中。其中，所述包覆工具在较大的负载施加于切削刃的切削条件下易发生崩刀缺损等而存在工具寿命短之类的问题，因此为了消除这样的问题，目前提出了几个提案。例如，专利文献1中提出有如下方案，即以TiCN的单层或2层以上的层压而构成硬质包覆层，并且以如下（a）～（c）的晶体结构中的任意1种或2种以上的晶体结构构成这些结构层中的1层或2层以上来改善包覆工具的耐崩刀性：（a）从粒状晶体组织向纵向生长晶体组织变化的晶体结构；（b）从粒状晶体组织向纵向生长晶体组织，进一步从该纵向生长晶体组织向粒状晶体组织变化的晶体结构；及（c）从纵向生长晶体组织向粒状晶体组织变化的晶体结构。并且，专利文献2中提出有如下方案，硬质包覆层由包括柱状晶的TiCN层的单层或多层构成，并且具有将从该TiCN层的上端到该TiCN层厚度的1/5距离的位置的TiCN柱状晶粒的水平方向的平均粒径d1和从该TiCN层的下端到该TiCN层厚度的2/5距离的位置的TiCN柱状晶粒的水平方向的平均粒径d2之比设为1≤d1/d2≤1.3的结构，由此提供能够承受包括断续切削的长时间的切削加工的包覆工具。专利文献1：日本专利公开平6-8009号公报专利文献2：日本专利公开平10-109206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要求强烈，随此，变得在越来越苛刻的条件下使用包覆工具，例如在所述专利文献1、2所示的包覆工具，在使用于伴有高热产生且进一步地有断续性或冲击性的负载作用于切削刃的高速断续切削加工时，也由于下部层的耐机械冲击性及耐热冲击性不充分，所以因切削加工时的高负载而在切削刃上易发生崩刀及缺损，其结果在比较短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前所述的观点出发，对在即使用于伴有高热产生且断续性或冲击性的负载作用于切削刃的高速断续切削加工时，硬质包覆层也具备优异的冲击吸收性，其结果经长期使用发挥优异的耐崩刀性及耐缺损性的包覆工具进行深入研究的结果，得到了如下见解。即，作为硬质包覆层，形成有包括所述以往的Ti的碳氮化物层的下部层的包覆工具中，Ti碳氮化物层相对基体在垂直的方向上呈柱状而形成。因此，硬度和耐磨性得到提高，但其反面，Ti的碳氮化物层的各向异性越高Ti的碳氮化物层的韧性降低，结果无法充分发挥耐崩刀性及耐缺损性，并且，也无法称之为满足工具寿命的硬质包覆层。因此，本专利技术人等对构成硬质包覆层的下部层的Ti化合物层中的尤其是Ti的碳氮化物层进行了深入研究的结果，得到了能够通过缓和Ti的碳氮化物层的各向异性且提高韧性来使硬质包覆层的耐崩刀性及耐缺损性提高的新颖的见解。具体而言，构成下部层的至少1层Ti的碳氮化物层具有柱状纵向生长TiCN晶体组织，并在其组织内分散分布微粒TiCN，由此Ti的碳氮化物层的各向异性得到缓和，并且韧性得到提高（以下称为改性TiCN层）。而且，如前所述的结构的改性TiCN层例如能够通过以下的化学蒸镀法来成膜。对工具基体表面，将反应气体组成（容量％）设为TiCl4：1.7～1.9％、TDMAT（四(二甲氨基)钛）：0.06～0.10％、CH3CN：0.7～0.9％、N2：20％、H2：剩余，且将反应气氛压力设为5～12kPa，将反应气氛温度设为820～970℃来进行化学蒸镀法，从而能够得到膜中分散有微粒TiCN的柱状纵向生长TiCN晶体组织。在此，本专利技术中，微粒TiCN是指粒状TiCN晶体相或非晶TiCN相或粒状TiCN晶体相与非晶TiCN相的混合相。即，以所述化学蒸镀法成膜Ti的碳氮化物层时，根据成膜条件的微妙的差别，确认到分散形成于膜中的微粒TiCN有（1）为粒状TiCN晶体相的情况、（2）为非晶TiCN相的情况、（3）为粒状TiCN晶体相和非晶TiCN相的混合相的情况。而且，还确认到无论在所述（1）至（3）中的任一情况下，所述的Ti的碳氮化物层的各向异性得到缓和且韧性得到提高这一效果没有显著差异。因此，本专利技术中，将所述（1）至（3）总称为微粒TiCN。并且，当Ti的碳氮化物层中微粒TiCN的截面的面密度具有沿层厚方向以周期0.5μm～5μm周期性变化的面密度分布形态时，由于存在微粒TiCN的面密度较低的区域，很好地发挥柱状纵向生长TiCN晶体的优异的硬度或耐磨性之类的特性，且由于存在微粒TiCN的面密度较高的区域，很好地发挥基于微粒TiCN的优异的冲击吸收性之类的特性，能够以高水准兼备该上述特性。因此，尤其当用于伴有高热产生且断续性或冲击性负载作用于切削刃的钢或铸铁的高速断续切削加工时，也发现硬质包覆层具有优异的耐崩刀性及耐缺损性且经长期使用表现出优异的耐磨性。本专利技术是基于所述见解而完成的，其具有如下特征：（1）一种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设置有硬质包覆层的表面包覆切削工具，其中，所述硬质包覆层由化学蒸镀的下部层和上部层构成，（a）所述下部层为Ti化合物层，所述Ti化合物层至少包括1层Ti碳氮化物层且为具有3～20μm的合计平均层厚的1层或2层以上的Ti化合物层；及（b）所述上部层为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，构成所述（a）下部层的至少1层Ti的碳氮化物层具有柱状纵向生长TiCN晶体组织，在其组织内分散分布有微粒TiCN，该微粒TiCN为粒状TiCN晶体相或非晶TiCN相或粒状TiCN晶体相与非晶TiCN相的混合相，柱状纵向生长TiCN晶体的平均粒子宽度W为50～2000nm、平均纵横尺寸比A为5～50，所述微粒TiCN的平均粒径R超过50nm且为300nm以下。（2）如（1）所述的表面包覆切削工具，其中，存在于构成所述下部层的至少1层Ti的碳氮化物层中的微粒TiCN的截面的面密度为5～30％。（3）如（1）或（2）所述的表面包覆切削工具，其中，所述微粒TiCN的截面的面密度具有沿层厚方向以周期0.5～5μm周期性变化的面密度分布形态。以下对本专利技术进行详细说明。下部层的Ti化合物层：至少包括Ti的碳氮化物层，且包括Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的1层或2层以上的Ti化合物层的下部层能够在通常的化学蒸镀条件下形成，但至少1层Ti的碳氮化物层通过如后述的其他方法形成。构成下部层的Ti化合物层其自身具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，其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设置有硬质包覆层，其特征在于，所述硬质包覆层由化学蒸镀的下部层和上部层构成，（a）所述下部层为Ti化合物层，所述Ti化合物层至少包括1层Ti碳氮化物层且为具有3～20μm的合计平均层厚的1层或2层以上的Ti化合物层；（b）所述上部层为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，构成所述（a）下部层的至少1层Ti碳氮化物层具有柱状纵向生长TiCN晶体组织，在其组织内分散分布有微粒TiCN，该微粒TiCN为粒状TiCN晶体相或非晶TiCN相或粒状TiCN晶体相与非晶TiCN相的混合相，柱状纵向生长TiCN晶体的平均粒子宽度W为50～2000nm、平均纵横尺寸比A为5～50，所述微粒TiCN的平均粒径R超过50nm且为300nm以下。

【技术特征摘要】
2011.09.20 JP 2011-204228;2012.06.26 JP 2012-14311.一种表面包覆切削工具，其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设置有硬质包覆层，其特征在于，所述硬质包覆层由化学蒸镀的下部层和上部层构成，(a)所述下部层为Ti化合物层，所述Ti化合物层至少包括1层Ti碳氮化物层且为具有3～20μm的合计平均层厚的1层或2层以上的Ti化合物层；(b)所述上部层为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，构成所述(a)下部...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙冈翔，岩崎直之，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：