本发明专利技术提供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。硬质包覆层包括被化学蒸镀形成的下部层和上部层，（a）所述下部层，为包括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一层或二层以上、且具有3～20μm总计平均层厚的Ti化合物层，（b）所述上部层，为具有2～25μm的平均层厚的氧化铝层，构成所述上部层的氧化铝层具有柱状纵向生长氧化铝结晶组织，在该组织内分散分布有微粒氧化铝。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)，在伴有高热产生并且断续的冲击性负荷作用于切削刃的各种钢或铸铁的高速断续切削加工时，由于硬质包覆层具备优异的耐崩刀性，因此经长期使用发挥优异的切削性能。
技术介绍
以往通常已知在碳化钨(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(以下将这些统称为工具基体)的表面形成由下述下部层(a)和上部层(b)构成的硬质包覆层而成的包覆工具，并且已知该包覆工具使用于各种钢或铸铁等的切削加工中。(a)下部层: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)层中的一层或二层以上的Ti化合物层，(b)上部层:为被化学蒸镀形成的氧化铝层。但是，上述包覆工具存在在较大的负荷施加于切削刃的切削条件下易产生崩刀、缺损等且工具寿命较短之类的问题，因此为了消除该问题，目前提出了几个提案。例如，专利文献I中公开了如下内容:硬质包覆层通过具有包括Ti等的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、硼氮化物的一种以上形成的内层、及由0.01 0.5 μ m粒度的无定形氧化铝与结晶化氧化铝构成的氧化铝形成的外层的包覆层，从而该包覆层微粒且致密，而且生产率很大。另外，专利文献2中公开了如下内容:在WC基硬质合金基体的表面上，以2 20μm的平均层厚化学蒸镀和/或物理蒸镀包含Al2O3层的硬质包覆层，例如由包括TiC层、TiN层、TiCN层、TiO2层、TiCO层、TiNO层及TiCNO层的Ti化合物层中的一种或两种以上以及Al2O3层构成的硬质包覆层所形成的表面包覆硬质合金制切削工具中，通过将构成硬质包覆层的Al2O3层由Al2O3的主体具有α型结晶构造，且在上侧部与下侧部(基体侧)具有不同的结晶组织，上侧部为柱状Al2O3层、即柱状晶粒为纵向排列配置的结晶组织，下侧部为粒状Al2O3层、即粒状结晶组织的Al2O3层构成，从而提供耐崩刀性优异的包覆工具。进而，专利文献3中公开了如下内容:在母材表面包覆硬质膜的硬质膜包覆部件中，硬质膜包括非柱状晶组织的Al氧化物或氧氮化物，该硬质膜的膜厚为4至15 μ m，从而提供耐磨损性、耐缺损性优异的长寿命的包覆工具。专利文献1:日本特开昭59-28565号公报专利文献2:日本特开平10-76406号公报专利文献3:日本特开平1-83667号公报近年来的现状如下: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，即使是上述专利文献I至3所示的包覆工具中，在使用于伴有高热产生并且断续的冲击性负荷进一步作用于切削刃的高速断续切削加工时，由于上部层的韧性不充分，所以也会因切削加工时的高负荷而容易在切削刃上产生崩刀、缺损，其结果在较短时间内达到使用寿命。
技术实现思路
因此，本专利技术人从上述观点出发，对即使在使用于伴有高热产生并且断续的冲击性负荷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、耐磨损性的包覆工具进行了深入研究，结果获得了以下见解。S卩，作为硬质包覆层，在所述以往的形成包括氧化铝的上部层的硬质包覆层中，氧化铝在与基体垂直方向上以柱状来形成。因此，高温硬度和耐磨损性提高，但是相反氧化铝层的各向异性越高则氧化铝层的韧性越降低，结果无法发挥充分的耐崩刀性、耐磨损性，另外工具寿命也不能说是令人满意的。因此，本专利技术人对构成硬质包覆层的上部层的氧化铝层进行了深入研究，结果发现了如下新的见解:通过毫不损害氧化铝层的高温硬度和耐磨损性，而缓和各向异性以提高韧性，从而能够提高硬质包覆层的耐崩刀性、耐缺损性。具体地说，构成上部层的氧化铝层具有柱状纵向生长氧化铝结晶组织，在该组织内分散分布有微粒氧化铝，因此缓和了氧化铝层的各向异性，提高了韧性。而且，上述构成的氧化铝层例如可以通过以下的化学蒸镀法成膜。在工具基体表面上以反应气体组成(容量％)为AlCl3:2 3%、三甲基铝(Al (CH3)3)(以下用 TMA 表示):0.75 1.45%, CO2:4 6%, HCl:1 3%, H2S:0.1 0.5%, H2:剩余，反应气氛压力为6 IOkPa,反应气氛温度为870 1040°C进行化学蒸镀法，从而可以得到微粒氧化铝在膜中分散的柱状纵向生长氧化铝结晶组织。而且，特别是在 氧化铝层中的微粒氧化铝的截面的面密度具有沿着层方向以0.5 μ πΓ5 μ m的周期沿着层厚方向周期性地变化的面密度分布形态时，由于存在微粒氧化铝的面密度低的区域，能够很好地发挥柱状纵向生长氧化铝结晶的优异的高温硬度和耐磨损性的特性，且由于存在微粒氧化铝的面密度高的区域，能够很好地发挥微粒氧化铝带来的优异的韧性和冲击吸收性的特性，可在较高的水准上并列持有该上述特性。因此，发现特别是用于在伴有高热产生并且断续的冲击性负荷作用于切削刃的钢或铸铁的高速断续切削加工时，硬质包覆层也具备优异的耐崩刀性、耐缺损性，经长期使用能发挥优异的切削性倉泛。本专利技术是基于上述见解而完成的，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设置硬质包覆层，其中，所述硬质包覆层包括被化学蒸镀形成的下部层和上部层，(a)所述下部层，为包括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一层或二层以上、且具有3 20μ m的总计平均层厚的Ti化合物层，(b)所述上部层，为具有2 25 μ m的平均层厚的氧化招层，构成所述(b)的上部层的氧化铝层具有柱状纵向生长氧化铝结晶组织，在该组织内分散分布有微粒氧化铝，该微粒氧化铝为粒状氧化铝结晶相、无定形氧化铝相、或者粒状氧化铝结晶相与无定形氧化铝相的混合相，柱状纵向生长氧化铝结晶的平均粒子宽度W为50 2000nm以下，平均纵横比A为5 50，所述微粒氧化铝的平均粒径R为超过50nm且300nm以下，存在于构成上部层的氧化铝层中的微粒氧化铝的截面的面密度为5 30%。(2)根据(I)所述的表面包覆切削工具，其中，所述微粒氧化铝的截面的面密度具有以0.5μπι 5μπι的周期沿着层厚方向周期性地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: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一层或二层以上的Ti化合物层的下部层可以在通常的化学蒸镀条件下形成，本身具有高温强度，该Ti化合物层的存在不仅使硬质包覆层具备高温强度，而且与工具基体和包括氧化铝层的上部层都能牢固地密合，因此具有有助于提高硬质包覆层对工具基体的密合性的作用，但是，其总计平均层厚小于3μπι时，由于层厚较薄而无法充分发挥所述作用，另一方面，若其总计平均层厚超过20 μ m，则晶粒容易粗大化，容易产生崩刀，因此将其总计平均层厚定为3 20 μ m。上部层的氧化铝层:已知构成上部层的氧化铝层具备高温硬度和耐热性，但其平均层厚小于2 μ m时，无法确保经长期使用的耐磨损性，另一方面，若其平均层厚超过25 μ m,则氧化铝晶粒容易粗大本文档来自技高网...
【技术保护点】
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设置硬质包覆层，其特征在于，所述硬质包覆层包括被化学蒸镀形成的下部层和上部层，（a）所述下部层，为包括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一层或二层以上、且具有3～20μｍ的总计平均层厚的Ti化合物层，（b）所述上部层，为具有2～25μｍ的平均层厚的氧化铝层，构成所述（b）的上部层的氧化铝层具有柱状纵向生长氧化铝结晶组织，在该组织内分散分布有微粒氧化铝，该微粒氧化铝为粒状氧化铝结晶相、无定形氧化铝相、或者粒状氧化铝结晶相与无定形氧化铝相的混合相，柱状纵向生长氧化铝结晶的平均粒子宽度W为50～2000nm，平均纵横比A为5～50，所述微粒氧化铝的平均粒径R为超过50nm且300nm以下，存在于构成上部层的氧化铝层中的微粒氧化铝的截面的面密度为5～30%。
【技术特征摘要】
2011.10.31 JP 2011-239219;2012.10.17 JP 2012-22971.一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设置硬质包覆层，其特征在于， 所述硬质包覆层包括被化学蒸镀形成的下部层和上部层， Ca)所述下部层，为包括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一层或二层以上、且具有3 20 μ m的总计平均层厚的Ti化合物层， (b)所述上部层，为具有2 25 μ m的平均层...
【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：
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