表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种表面包覆切削工具，其硬质包覆层在高速断续切削加工中发挥优异的耐崩刀性、耐磨损性。本发明专利技术的表面包覆切削工具在其基体表面包覆形成有Ti化合物层、Al2O3层，其中，对于上述Al2O3层的晶粒，测定(0001)面的法线相对于基体表面的法线所成的倾斜角而求出倾斜角度数分布时，在0度以上且小于5度的范围内的倾斜角划分区域及5度以上且小于10度的范围内的倾斜角划分区域分别存在峰强度为I1、I2的峰值，该峰强度的比值I1/I2满足1＜I1/I2＜3，并且，存在于各自的倾斜角划分区域的度数比例为45～70%、15～40%，另外，在相邻的晶粒相互间，(0001)面的法线所成的角度差为5度以下的晶界比率为80%以上，(10-10)面的法线之间所成的角度差为5～30度的晶界比率为80%以上。

【技术实现步骤摘要】
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），其硬质包覆层在钢或铸铁等的伴有高热产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及耐磨损性。
技术介绍
以往，已知有通常在由碳化钨（以下以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（以下将它们总称为工具基体）的表面上形成由以下（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，其由均进行化学蒸镀形成的Ti的碳化物（以下，以TiC表示）层、氮化物（以下，以TiN表示）层、碳氮化物（以下，以TiCN表示）层、碳氧化物（以下，以TiCO表示）层及碳氮氧化物（以下，以TiCNO表示）层中的两层以上构成，且具有3～20μm的总平均层厚，（b）上部层为化学蒸镀而形成的氧化铝（以下以Al2O3表示）层，其具有1～25μm的平均层厚。并且，上述以往的包覆工具，虽然耐磨损性相对优异，但是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结构提出了各种方案。例如，如专利文献1所示提出了在由WC基硬质合金、TiCN基金属陶瓷构成的工具基体的表面上包覆形成有由Ti化合物层构成的下部层、由Al2O3层构成的上部层的包覆工具中，作为上部层包覆形成Al2O3层来实现耐崩刀性的改善的方案，其中，在使用场发射型扫描电子显微镜及电子背散射衍射图像装置，对每个存在于表面研磨面的测定范围内的具有六方晶格的晶粒照射电子射线来测定所述晶粒的结晶面即（0001）面的法线相对于基体表面的法线所成的倾斜角而制作倾斜角度数分布曲线图时，该Al2O3层显示在0～10度范围内的倾斜角划分区域存在最高峰值，并且存在于该0～10度范围内的度数的合计占倾斜角度数分布曲线图中度数整体的45%以上的比例的倾斜角度数分布曲线图。并且，如专利文献2所示提出了在工具基体的表面上包覆形成有由Ti化合物层构成的下部层、由Al2O3层构成的上部层的包覆工具中，通过由上位层和下位层构成上部层来改善硬质包覆层在高速重切削加工中的耐崩刀性的方案，其中，测定上部层的晶粒的结晶面即（0001）面的法线所成的倾斜角来制作倾斜角度数分布曲线图时，上位层显示在0～15度范围内的倾斜角划分区域存在最高峰值并且存在于该0～15度范围内的度数的合计占度数整体的50%以上的比例的倾斜角度数分布曲线图，下位层显示在75～90度范围内的倾斜角划分区域存在最高峰值并且存在于该75～90度范围内的度数的合计占度数整体的50%以上的比例的倾斜角度数分布曲线图。并且，如专利文献3所示提出了在工具基体的表面上包覆形成有由粒状结晶组织的TiN层、TiCN层构成的粘附接合层、由具有纵向生长结晶组织的l-TiCN层构成的强韧层、由具有α型结晶结构及粒状结晶组织的氧化铝构成的加强硬质层的包覆工具中，通过形成加强硬质层来提高硬质包覆层在高速重切削加工中的耐崩刀性的方案，其中，对于由该氧化铝构成的加强硬质层，测定氧化铝晶粒的结晶面（0001）面的法线相对于表面研磨面的法线所成的倾斜角而制作倾斜角度数分布曲线图时，在倾斜角度数分布曲线图的至少7～15度范围内的倾斜角划分区域及0～7度范围内的倾斜角划分区域内存在峰值，并且以在倾斜角度数分布曲线图中占度数整体的比例，存在于所述7～15度范围内的度数的合计为35～50%，存在于所述0～7度范围内的度数的合计为25～40%。专利文献1：日本特开2005-205586号公报专利文献2：日本特开2007-152491号公报专利文献3：日本特开2006-123031号公报现状如下：近年来，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、高效化的趋势。并且，从谋求工具寿命的寿命延长化的观点考虑还要求硬质包覆层的厚膜化，但是，例如实现了硬质包覆层（例如上部层的Al2O3层）的厚膜化时，上述以往的包覆工具，尤其将它用于切削条件苛刻的高速断续切削，即伴有高热产生并且以极短间距对切削刃部反复施加断续的冲击性负荷的高速断续切削时，不能说上部层的Al2O3层的高温强度、韧性、粘附性是充分的，因此切削刃部易产生崩刀，以此为因，在比较短的时间内达到使用寿命。
技术实现思路
因此，本专利技术人等从上述观点出发，为了提高包覆工具的硬质包覆层的耐崩刀性以及使硬质包覆层在长期使用中发挥优异的耐磨损性，着眼于构成上部层的Al2O3晶粒的取向形态、取向比例等重复进行深入研究的结果，得到了如下见解。即发现如下：当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，蒸镀形成Ti化合物层作为下部层，该Ti化合物层由Ti的碳化物(TiC)层、氮化物(TiN)层、碳氮化物(TiCN)层、碳氧化物(TiCO)层及碳氮氧化物(TiCNO)层中的一层或两层以上构成，且具有3～20μm的总平均层厚，并且，蒸镀形成氧化铝(Al2O3)层作为上部层，该氧化铝层具有1～25μm的平均层厚，此时，在形成由Ti化合物层构成的下部层之后，在其之上，例如通过通常的化学蒸镀装置形成Al2O3核，接着，对该Al2O3核的表面实施气体蚀刻处理之后，将所期望的层厚的Al2O3层蒸镀形成为上部层，则蒸镀形成的上部层的Al2O3层上会形成具有特异取向形态、取向比例的Al2O3晶粒。并且，对于这种Al2O3晶粒，测定(0001)面的法线相对于基体表面的法线所成的倾斜角来求出倾斜角度数分布时，在0度以上且小于5度范围内的倾斜角划分区域及5度以上且小于10度范围内的倾斜角划分区域，分别存在峰强度为I1、I2的峰值，该峰强度的比值I1/I2满足1＜I1/I2＜3，并且，存在于各自的倾斜角划分区域的度数比例为45～70％、15～40％，另外，被导入相对于工具基体表面的法线方向，相邻晶粒的(0001)面的法线所成的角度差为5度以下，且相邻晶粒的(10-10)面的法线之间所成的角度差为5～30度的晶界，由此，Al2O3层的高温强度和韧性得到提高。因此，即使在将具备如上硬质包覆层的切削包覆工具用于例如钢或铸铁等的伴有高热产生且对切削刃施加断续的冲击性负荷的高速断续切削加工时，由于上部层具有优异的高温强度及韧性，因此也能够抑制崩刀的产生，并且能够在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，具有如下特征：“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上，包覆形成有由下述(a)下部层和(b)上部层构成的硬质包覆层，其中，(a)下部层为由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两层以上构成，且具有3～20μm的总平均层厚的Ti化合物层，(b)上部层为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，其中，（c）对于上述（b）的氧化铝层，使用场发射型扫描电子显微镜及电子背散射衍射图像装置，对每个存在于表面研磨面的测定范围内的具有六方晶格的晶粒照射电子射线来测定所述晶粒的结晶面（0001）的法线相对于基体表面的法线所成的倾斜角，将在所述测定倾斜角中处于0～45度范围内的测定倾斜角按每0.25度的间距来进行划分，并且测定合计存在于各划分区域内的度数而成的倾斜角度数分布时，在0度本文档来自技高网...

【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上，包覆形成有由下述（a）、（b）构成的硬质包覆层，（a）下部层为由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两层以上构成，且具有3～20μm的总平均层厚的Ti化合物层，（b）上部层为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，所述表面包覆切削工具的特征在于，（c）对于上述（b）的氧化铝层，使用场发射型扫描电子显微镜及电子背散射衍射图像装置，对每个存在于表面研磨面的测定范围内的具有六方晶格的晶粒照射电子射线来测定所述晶粒的结晶面（0001）的法线相对于基体表面的法线所成的倾斜角，将在所述测定倾斜角中处于0～45度范围内的测定倾斜角按每0.25度的间距来进行划分，并且测定合计存在于各划分区域内的度数而成的倾斜角度数分布时，在0度以上且小于5度的范围内的倾斜角划分区域及5度以上且小于10度的范围内的倾斜角划分区域分别存在峰强度为I1、I2的峰值，并且该峰强度的比值I1/I2满足1＜I1/I2＜3，并且，存在于上述0度以上且小于5度的范围内的倾斜角划分区域内的度数的合计占倾斜角度数分布曲线图中的度数整体的45～70%的比例，存在于上述5度以上且小于10度的范围内的倾斜角划分区域内的度数的合计占倾斜角度数分布曲线图中的度数整体的15～40%的比例，另外，在相邻的晶粒相互间，测定（0001）面的法线所成的角度差时，角度差为5度以下的晶界比率为80%以上，并且，在相邻的晶粒相互间，测定（10?10）面的法线之间所成的角度差时，角度差为5～30度的晶界比率为80%以上。...

【技术特征摘要】
2012.06.29 JP 2012-1462971.一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上，包覆形成有由下述(a)下部层和(b)上部层构成的硬质包覆层，(a)下部层为由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两层以上构成，且具有3～20μm的总平均层厚的Ti化合物层，(b)上部层为具有1～25μm的平均层厚的氧化铝层，所述表面包覆切削工具的特征在于，(c)对于上述(b)的氧化铝层，使用场发射型扫描电子显微镜及电子背散射衍射图像装置，对每个存在于表面研磨面的测定范围内的具有六方晶格的晶粒照射电子射线来测定所述晶粒的结晶面(0001)的法线相对于基体表面的法线所成的倾斜角，将在所述测定倾斜角中处于0～45度范围内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：五十岚诚，奥出正树，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：