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硬质包覆层在合金钢等的高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀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，其在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷、cBN基超高压烧结体构成的基体表面，至少包覆有通过例如含有Al（CH3）3来作为反应气体成分的化学蒸镀法成膜的复合组织层作为硬质包覆层，该复合组织层由立方晶结构的（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）晶粒组织和非晶相组织构成，其中，X、Y以原子比计，0.60≤X≤0.90、0.0005≤Y≤0.005，并且，复合组织层形成随着从基体侧朝向复合组织层的表层侧平均粒子宽度逐渐增加的粒子宽度分布，另外，复合组织层中的Al含有比例具有随着从基体侧朝向复合组织层的表层侧逐渐增加的组成倾斜结构。

【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），其硬质包覆层在合金钢等的伴有高热发生，并且对切削刃施加冲击性负荷的高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性。
技术介绍
以往，已知有通常在由碳化钨（以下用WC表示）基硬质合金、碳氮化钛（以下用TiCN表示）基金属陶瓷或立方晶氮化硼（以下用cBN表示）基超高压烧结体构成的基体（以下将它们统称为基体）的表面，通过物理蒸镀法蒸镀形成Ti-Al系的复合氮化物层来作为硬质包覆层的包覆工具，并且已知它们发挥优异的耐磨损性。但是，上述以往的蒸镀形成Ti-Al系复合氮化物层的包覆工具虽然耐磨损性比较优异，但是当在高速断续切削条件下使用时容易产生崩刀等异常损耗，因此对硬质包覆层的改善提出了各种建议。例如，专利文献1中，提出有在基体的表面通过物理蒸镀法蒸镀形成当以组成式：（Ti1-XAlX）N表示时，满足0.35≤X≤0.60（其中，X为原子比）的Ti和Al的复合氮化物构成的硬质包覆层，并且将硬质包覆层作为以上述（Ti、Al）N层的粒状晶组织和柱状晶组织的交替层叠结构而构成，并且，由此在高硬度钢的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、耐剥离性。但是，该包覆工具通过物理蒸镀法蒸镀形成硬质包覆层，因此无法将Al的含有比例X设为0.6以上，要求进一步提高切削性能。由如上观点提出有通过化学蒸镀法形成硬质包覆层，从而将Al的含有比例X提高至0.9左右的技术。例如，专利文献2中，记载有在TiCl4、AlCl3、NH3的混合反应气体中，在650～900℃的温度范围中进行化学蒸镀，从而能够蒸镀形成Al的含有比例X的值为0.65～0.95的（Ti1-XAlX）N层和/或（Ti1-XAlX）C层和/或（Ti1-XAlX）CN层，但在该文献中，以在该（Ti1-XAlX）N层和/或（Ti1-XAlX）C层和/或（Ti1-XAlX）CN层上进一步包覆Al2O3层，并由此提高绝热效果为目的，但未揭示形成将X的值提高至0.65～0.95的（Ti1-XAlX）N层和/或（Ti1-XAlX）C层和/或（Ti1-XAlX）CN层，对切削性能具有何影响。并且，例如专利文献3中，记载有在TiCl4、AlCl3、NH3、N2H4的混合反应气体中，在700～900℃的温度中进行不使用等离子体的化学蒸镀，从而能够蒸镀形成由Al的含有比例X的值为0.75～0.93的立方晶的（Ti1-XAlX）N层构成的硬质包覆层，但与专利文献2相同，未对作为包覆工具的适用可能性有任何揭示。专利文献1：日本专利公开2011-224715号公报专利文献2：日本专利公表2011-516722号公报专利文献3：美国专利第7767320号说明书近年来的切削装置的高性能化显著，一方面对切削加工的节省劳力化及节能化以及低成本化的要求强烈，随此切削加工有更加高速化、高效率化的倾向，包覆工具中，进一步要求耐崩刀性、耐缺损性、耐剥离性等耐异常损伤性，并且要求经长期使用的优异的耐磨损性。但是，上述专利文献1中记载的包覆工具由于通过物理蒸镀法蒸镀形成由（Ti1-XAlX）N层构成的硬质包覆层，无法提高硬质包覆层中的含Al量X，因此，例如当供合金钢的高速断续切削时，不能说耐崩刀性足够。另一方面，对于上述专利文献2、3中记载的通过化学蒸镀法蒸镀形成的（Ti1-XAlX）N层，能够提高含Al量X，并且，能够形成立方晶结构，因此能够得到具有预定的硬度且耐磨损性优异的硬质包覆层，但是与基体的粘附强度不充分，另外，由于韧性差，因此作为供合金钢的高速断续切削的包覆工具使用时，容易产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，不能说发挥能够令人满意的切削性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种即使在供合金钢的高速断续切削等时，也发挥优异的耐崩刀性，并且经长期使用发挥优异的耐磨损性的包覆工具。本专利技术人等从如上述的观点出发，为了实现通过化学蒸镀蒸镀形成由Ti和Al的复合碳氮化物（以下，用“（Ti、Al）（C、N）”或“（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）”表示）构成的硬质包覆层的包覆工具的耐崩刀性、耐磨损性的改善而进行深入研究的结果，得到了如下见解。即发现在由碳化钨基硬质合金（以下用“WC基硬质合金”表示）、碳氮化钛基金属陶瓷（以下用“TiCN基金属陶瓷”表示）或立方晶氮化硼基超高压烧结体（以下用“cBN基超高压烧结体”表示）中任一个构成的基体的表面，例如，通过含有三甲基铝（Al（CH3）3）来作为反应气体成分的化学蒸镀法，作为硬质包覆层至少蒸镀形成由立方晶结构的（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）晶粒组织和存在于该晶粒周围的包含Ti、Al、C及N中的1种或2种以上的非晶相组织构成的复合组织层，并且通过形成上述立方晶结构的（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）晶粒的平均粒子宽度随着从复合组织层的基体侧朝向复合组织层的表层侧逐渐增加的粒子宽度分布，由此至少包含所述复合组织层的硬质包覆层维持耐磨损性的同时韧性提高且具有与基体的优异的粘附性。另外，在上述（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）层中，X、Y均为原子比，且满足0.60≤X≤0.90、0.0005≤Y≤0.005，由此可知优选通过含有三甲基铝（Al（CH3）3）来作为反应气体成分的化学蒸镀法蒸镀形成并得到以往的PVD法中无法蒸镀形成的高Al含有比例X的立方晶结构的（Ti、Al）（C、N）晶粒组织和非晶相组织。并且，本专利技术人等发现根据通过化学蒸镀法蒸镀形成上述立方晶结构的（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）晶粒时，形成该晶粒的Al含有比例随着从复合组织层的基体侧朝向复合组织层的表层侧逐渐增加的组成倾斜结构，由此表层侧的复合组织层发挥优异的耐磨损性。由此，将具备如上述的复合组织层的包覆工具，用于例如合金钢的高速断续切削等时，能够抑制崩刀、缺损、剥离等的产生，并且能够经长期使用中发挥优异的耐磨损性。本专利技术是根据上述的研究结果而完成的表面包覆切削工具，其具有如下特征：（1）一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一个构成的基体的表面，蒸镀形成硬质包覆层，其特征在于，（a）上述硬质包覆层至少包含由通过化学蒸镀法蒸镀形成的平均层厚为1～20μm的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒组织和存在于该晶粒周围的包含Ti、Al、C及N中的1种或2种以上的非晶相组织构成的复合组织层，（b）所述复合组织层中将其平均组成以组成式：（Ti1-XAlX）（CYN1-Y）表示时，Al含有比例X及C含有比例Y（其中，X、Y均为原子比）分别满足0.60≤X≤0.90、0.0005≤Y≤0.005，（c）若将从所述复合组织层的基体侧进入复合组织层的内部0.3μm的位置L中的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒的与基体表面平行的面内的粒子宽度的平均值设为平均粒子宽度DL，则该平均粒子宽度DL为0.1μm以下，并且，若将从复合组织层的表层进入复合组织层的内部0.3μm的位置H中的与基体表面平行的面内的粒子宽度的平均值设为平均粒子宽度DH，则该平均粒子宽度DH为0.3～2μm，另外，立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒的平均粒子宽度形本文档来自技高网...

【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、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一个构成的基体的表面，蒸镀形成硬质包覆层，其特征在于，（a）上述硬质包覆层至少包含由通过化学蒸镀法蒸镀形成的平均层厚为1～20μm的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒组织和存在于该晶粒周围的包含Ti、Al、C及N中的1种或2种以上的非晶相组织构成的复合组织层，（b）所述复合组织层，将其平均组成以组成式：（Ti1?XAlX）（CYN1?Y）表示时，Al含有比例X及C含有比例Y分别满足0.60≤X≤0.90、0.0005≤Y≤0.005，其中，X、Y均为原子比，（c）若将从所述复合组织层的基体侧进入复合组织层的内部0.3μm的位置L中的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒的与基体表面平行的面内的粒子宽度的平均值设为平均粒子宽度DL，则该平均粒子宽度DL为0.1μm以下，并且，若将从复合组织层的表层进入复合组织层的内部0.3μm的位置H的与基体表面平行的面内的粒子宽度的平均值设为平均粒子宽度DH，则该平均粒子宽度DH为0.3～2μm，另外，立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒的平均粒子宽度形成随着从复合组织层的基体侧朝向复合组织层的表层侧逐渐增加的粒子宽度分布。...

【技术特征摘要】
2012.04.20 JP 2012-097127;2013.03.15 JP 2013-05311.一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金、碳氮化钛基金属陶瓷或立方晶氮化硼基超高压烧结体中的任一个构成的基体的表面，蒸镀形成硬质包覆层，其特征在于，(a)上述硬质包覆层至少包含由通过化学蒸镀法蒸镀形成的平均层厚为1～20μm的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒组织和存在于该晶粒周围的包含Ti、Al、C及N中的1种或2种以上的非晶相组织构成的复合组织层，(b)所述复合组织层，将其平均组成以组成式：(Ti1-XAlX)(CYN1-Y)表示时，Al含有比例X及C含有比例Y分别满足0.60≤X≤0.90、0.0005≤Y≤0.005，其中，X、Y均为原子比，(c)若将从所述复合组织层的基体侧进入复合组织层的内部0.3μm的位置L中的立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒的与基体表面平行的面内的粒子宽度的平均值设为平均粒子宽度DL，则该平均粒子宽度DL为0.1μm以下，并且，若将从复合组织层的表层进入复合组织层的内部0.3μm的位置H的与基体表面平行的面内的粒子宽度的平均值设为平均粒子宽度DH，则该平均粒子宽度DH为0.3～2μm，另外，立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒的平均粒子宽度形成随着从复合组织层的基体侧朝向复合组织层的表层侧逐渐增加的粒子宽度分布。2.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，以从所述复合组织层的基体侧进入复合组织层的内部0.3μm的位置L为中心进行组成分析，求出立方晶结构的Ti和Al的复合碳氮化物晶粒的Al含有比例，将其平...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙冈翔，五十岚诚，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：