BR112016017108B1

BR112016017108B1 - Ferramenta de corte revestida

Info

Publication number: BR112016017108B1
Application number: BR112016017108-0A
Authority: BR
Inventors: Takaaki Nakamura
Original assignee: Tungaloy Corporation
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2020-12-15
Also published as: CN105916617B; EP3100806A4; US9969007B2; KR20160099698A; JPWO2015111752A1; CA2938014A1; JP6206686B2; KR101843453B1; WO2015111752A1; EP3100806A1; US20160332237A1; RU2016134828A; CN105916617A; CA2938014C; RU2016134828A3; RU2655414C2; EP3100806B1

Abstract

ferramenta de corte revestida. uma ferramenta de corte revestida de acordo com uma modalidade da presente invenção inclui um material de base e uma camada de revestimento formada em uma superfície do material de base. a camada de revestimento inclui pelo menos uma camada de óxido de alumínio tipo a. em uma seção transversal da camada de óxido de alumínio tipo a substancialmente paralela à superfície do material de base, quando o ângulo formado entre uma normal à seção transversal e uma normal à face (222) de partículas na camada de óxido de alumínio tipo a é definida como a diferença de orientação, a área das partículas da camada de óxido de alumínio tipo a tendo uma diferença de orientação de 0 a 90º é definida como 100 % da seção transversal pela área, e a área das partículas na camada de óxido de alumínio tipo a tendo uma diferença de orientação de 0 a 90º é dividida em seções a uma inclinação de 10º, então a área total sa das partículas na camada de óxido de alumínio tipo a tendo uma diferença de orientação de 20º ou mais a menos que 30º é a máxima no total das áreas nas nove seções a uma inclinação de 10º.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a uma ferramenta de corte revestida.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[002] Convencionalmente, uma ferramenta de corte revestida formada depositando, por meio de deposição química de vapor, uma camada de revestimento em uma superfície de um substrato compreendido, por exemplo, de um carboneto cementado, é bem conhecida para ser usada para o corte de aço, ferro fundido, etc. Uma camada de revestimento no geral consiste em uma única camada de um tipo selecionado entre, por exemplo, compostos a base de Ti (carbonetos, nitretos, carbonitretos, carbonatos e carboxinitretos) e óxido de alumínio, ou consiste em múltiplas camadas de dois ou mais tipos selecionados destes, e tal camada de revestimento tem uma espessura total de 3 a 20 μm.

[003] Documento de Patente 1 revela uma ferramenta de corte na qual, em uma superfície de um substrato da ferramenta feito de um carboneto cementado do grupo WC ou cermet do grupo TiCN, uma camada do composto de Ti é formada como uma camada inferior e uma camada de Al2O3 é provida como uma camada superior. Documento de Patente 1 indica que tal camada de AI2O3 tem uma estrutura cristalina tipo K ou tipo θ no estado de ter sido formada por deposição química de vapor e ter sido submetida a tratamento de modificação de maneira a ter, por meio de tratamento térmico depois da deposição química de vapor, uma estrutura cristalina tipo α, e também indica que tal camada de Al2O3 mostra um gráfico de difração de raios X que mostra claros picos de difração em um plano (006) e um plano (018) em uma medição de difração de raios X.

LISTA DE CITAÇÃO DOCUMENTO DE PATENTE

[004] Documento de Patente 1: JP2004-299021 a

SUMÁRIO PROBLEMA TÉCNICO

[005] Um aumento na velocidade, alimentação e profundidade de corte tem se tornado patente no corte nos últimos tempos, levando a uma tendência de que a vida da ferramenta tem ficado menor que a envolvida na tecnologia anterior. Tal fundamento tem aumentado a demanda por uma melhoria adicional de resistência ao desgaste e resistência a fratura (incluindo resistência ao lascamento) de uma ferramenta.

[006] Em tal situação, com relação à ferramenta do Documento de Patente 1 citado, experimentos foram conduzidos e os resultados confirmaram que, durante corte, o desgaste progride facilmente na ferramenta do Documento de Patente 1 em virtude das partículas desprendidas de uma camada de óxido de alumínio tipo α, levando ao problema de resistência ao desgaste.

[007] Um objetivo da presente invenção é prover uma ferramenta de corte revestida tendo excelente resistência ao desgaste e resistência a fratura.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[008] O presente inventor exerceu originalidade e ingenuidade, focando em orientações cristalinas e por meio disto otimizou as orientações cristalinas e então observou que um equilíbrio é alcançado entre resistência ao desgaste e resistência a fratura em uma ferramenta de corte revestida. A saber, estudos foram conduzidos, a partir da mesma perspectiva anteriormente apresentada, com relação à extensão da vida da ferramenta da ferramenta de corte revestida e então chegou a observações de que uma ferramenta de corte com a seguinte configuração focando em orientações cristalinas, em particular, sistemas de deslizamento, permite que resistência ao desgaste seja intensificada sem perda de resistência a fratura, em decorrência do que a vida de tal ferramenta pode ser estendida.

[009] Um aspecto da presente invenção provê uma ferramenta de corte revestida compreendendo: um substrato; e uma camada de revestimento formada em uma superfície do substrato, em que: a camada de revestimento compreende pelo menos uma camada de óxido de alumínio tipo α; e em uma superfície seccional transversal da camada de óxido de alumínio tipo α que é substancialmente paralela à superfície do substrato, quando um ângulo formado por uma normal à superfície seccional transversal e uma normal a um plano (222) de uma partícula da camada de óxido de alumínio tipo α é considerado como uma orientação incorreta, e, quando áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais a 90 graus ou menos, da camada de óxido de alumínio tipo α são definidas como constituindo 100 % de área, e as áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais a 90 graus ou menos, da camada de óxido de alumínio tipo α são divididas em respectivos passos de 10 graus, um total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α na superfície seccional transversal é em um máximo entre os totais de áreas para nove divisões em respectivos passos de 10 graus.

[0010] De acordo com um aspecto da presente invenção tendo a configuração apresentada, um total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α é em um máximo entre os totais de áreas para nove divisões em respectivos passos de 10 graus. Portanto, partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, são dominantes na camada de óxido de alumínio tipo α, e alta resistência ao desgaste pode ser conseguida sem redução na resistência a fratura da ferramenta de corte.

[0011] O total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α, preferivelmente tem uma faixa de 25 % de área < Sa < 70 % de área.

[0012] Um total Sb das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 graus ou mais até abaixo de 10 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α, preferivelmente tem uma faixa de 10 % de área < Sb < 20 % de área.

[0013] Uma espessura média da camada de óxido de alumínio tipo α é preferivelmente de 1 μm ou mais a 15 μm ou menos.

[0014] A camada de revestimento preferivelmente compreende, entre o substrato e a camada de óxido de alumínio tipo α, uma camada de composto de Ti de um composto de Ti formado de um elemento Ti e pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em C, N, O e B.

[0015] Uma espessura média da camada de revestimento é preferivelmente de 3 μm ou mais a 30 μm ou menos, e uma espessura média da camada de composto de Ti é preferivelmente de 2 μm ou mais a 15 μm ou menos.

[0016] A superfície seccional transversal da camada de óxido de alumínio tipo α pode ser definida com relação a uma região predeterminada de uma superfície de saída ou um flanco da ferramenta de corte revestida. A superfície seccional transversal pode ser definida em uma posição onde pelo menos 50% da camada de óxido de alumínio tipo α são deixados em uma direção da espessura da camada de revestimento. A superfície seccional transversal da camada de óxido de alumínio tipo α é preferivelmente uma superfície polida.

[0017] O substrato pode compreender qualquer um de um carboneto cementado, cermet, cerâmica e um corpo sinterizado de nitreto de boro cúbico.

[0018] A ferramenta de corte revestida supradescrita pode ser uma inserto de corte que pode ser afixada de forma removível em um corpo da ferramenta.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] Fig. 1 é uma vista seccional transversal esquemática mostrando uma parte próxima de uma aresta de uma ferramenta de corte revestida de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0020] Fig. 2 é uma vista esquemática mostrando uma configuração de uma camada de revestimento em uma invenção de uma ferramenta de corte revestida fabricada de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES <Ferramenta de corte revestida>

[0021] A presente invenção se refere a uma ferramenta de corte revestida. Uma ferramenta de corte revestida inclui um substrato e uma camada de revestimento formada em uma superfície do substrato. A ferramenta de corte revestida pode ser constituída por um substrato e uma camada de revestimento. A ferramenta de corte revestida inclui uma aresta de corte em uma interseção de uma superfície de saída e um flanco. A camada de revestimento é, no mínimo, formada em uma região predeterminada incluindo a aresta de corte e é preferivelmente formada de maneira a se estender da superfície de saída até o flanco, e a camada de revestimento pode ser formada sobre uma parte de uma superfície do substrato e pode alternativamente ser formada em toda a superfície do substrato. Exemplos específicos de tipos da ferramenta de corte revestida incluem uma inserto de corte indexável para fresagem ou torneamento, uma broca, uma fresa de topo, etc.

[0022] Na presente invenção, um “substrato” pode ser feito, por exemplo, de um carboneto cementado, cermet, cerâmica, um corpo sinterizado de nitreto de boro cúbico, um corpo sinterizado de diamante, aço de alta velocidade, etc. Em particular, um substrato pode incluir pelo menos qualquer um de um carboneto cementado, cermet, cerâmica e um corpo sinterizado de nitreto de boro cúbico. O substrato pode também consistir em qualquer um de um carboneto cementado, cermet, cerâmica e um corpo sinterizado de nitreto de boro cúbico. Um substrato consistindo em qualquer um de um carboneto cementado, cermet, cerâmica e um corpo sinterizado de nitreto de boro cúbico é preferido do ponto de vista de se ter excelente resistência ao desgaste e resistência a fratura.

[0023] A superfícies de tais substratos pode ser modificada. Por exemplo, no caso de um substrato feito de um carboneto cementado, uma camada sem β pode ser formada em uma superfície do mesmo e, no caso de um substrato feito de cermet, uma camada endurecida na superfície pode ser formada nele. Mesmo se uma superfície do substrato tiver sido modificada desta maneira, o efeito da presente invenção é ainda provido.

[0024] Na presente invenção, uma “camada de revestimento” preferivelmente tem uma espessura média de 3 μm ou mais a 30 μm ou menos. Se a camada de revestimento tiver uma espessura de menos que 3 μm, isto pode levar a resistência ao desgaste inferior. Se a camada de revestimento tiver uma espessura superior a 30 μm, isto pode levar a adesão degradada entre a camada de revestimento e o substrato ou resistência a fratura degradada da ferramenta de corte revestida. A camada de revestimento preferivelmente tem, em particular, uma espessura de 3 μm ou mais a 20 μm ou menos. A camada de revestimento pode consistir em uma única camada, mas preferivelmente consiste em múltiplas camadas.

[0025] Uma camada de revestimento de acordo com a presente invenção inclui pelo menos uma camada de óxido de alumínio. O tipo de cristal de tal camada de óxido de alumínio pode ser tipo α (isto é, cristal triangular). Aqui, como para uma superfície polida da camada de óxido de alumínio tipo α substancialmente paralela à superfície do substrato, um ângulo formado pela normal da superfície polida e a normal de um plano (222) de uma partícula da camada de óxido de alumínio tipo α é considerada uma orientação incorreta. Adicionalmente, na superfície polida, as áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais a 90 graus ou menos, da camada de óxido de alumínio tipo α é considerada 100 % de área. Aqui, tais áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais a 90 graus ou menos, da camada de óxido de alumínio tipo α, são divididas em respectivos passos de 10 graus. Por exemplo, quando uma partícula tem uma orientação incorreta de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, a área de tal partícula na superfície polida é tratada como uma área que envolve a faixa de orientação incorreta de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus. Em decorrência disto, como para a camada de óxido de alumínio tipo α na camada de revestimento, o total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, é em um máximo entre os totais de áreas para nove divisões. Como pode-se ver pelo exposto, a camada de óxido de alumínio tipo α é formada de maneira tal que partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, são dominantes, por meio do que resistência a fratura (incluindo resistência ao lascamento) de uma ferramenta de corte revestida não é degradada, enquanto a resistência ao desgaste pode ser intensificada. O plano (222) de uma partícula de óxido de alumínio tipo α (isto é, um grão cristalino) é um plano de deslizamento, e isto indica que o plano de deslizamento é uma superfície que fica mais paralela ao substrato à medida que a orientação incorreta se aproxima de 0 grau. Dessa maneira, quando a razão de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, aumenta, pode-se considerar que excelente resistência ao lascamento e resistência a fratura são alcançados, enquanto resistência contra desgaste abrasivo (isto é, resistência ao desgaste) é degradada. No entanto, quando partículas cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus são dominantes na camada de óxido de alumínio tipo α, resistência contra desgaste abrasivo pode ser intensificada, mantendo ainda resistência ao lascamento e resistência a fratura. O plano (222) de óxido de alumínio tipo α é representado com base em eixos romboédricos. Quando a maneira de colocar eixos representando planos cristalinos e tais planos cristalinos são representados com base em eixos hexagonais, o plano (222) pode ser indicado como um plano (006).

[0026] Em uma camada de óxido de alumínio tipo α de acordo com a presente invenção, considerando que um total das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, é Sa, 25 % de área < Sa < 70 % de área é preferido. É preferido em que a resistência ao desgaste pode ser adequadamente intensificada sem degradar a resistência a fratura. Quando o total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, constitui menos que 25 % de área, partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, ou partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 30 graus ou mais, são altamente dominantes na camada de óxido de alumínio tipo α, resultando em resistência ao desgaste ou resistência a fratura tendendo a ser degradadas. Por outro lado, é substancialmente difícil aumentar o total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, de maneira a constituir acima de 70 % de área.

[0027] Em uma camada de óxido de alumínio tipo α de acordo com a presente invenção, considerando que um total das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, na superfície polida, é Sb, 10 % de área < Sb < 20 % de área é preferido. Quando o total Sb das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, constitui menos que 10 % de área, trincamento ou desprendimento do revestimento será aumentado, que pode provocar resistência ao lascamento ou resistência a fratura degradadas. Quando o total Sb das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, constitui acima de 20 % de área, que pode levar a resistência contra desgaste abrasivo degradada, a saber, resistência ao desgaste.

[0028] Uma camada de óxido de alumínio tipo α de acordo com a presente invenção preferivelmente tem uma espessura média de 1 μm ou mais a 15 μm ou menos. Se a camada de óxido de alumínio tipo α tiver uma espessura média de menos que 1 μm, resistência ao desgaste tipo buraco pode ser degradada no flanco e, se a camada de óxido de alumínio tipo α tiver uma espessura média acima de 15 μm, desprendimento facilmente ocorrerá, que pode levar a degradada resistência a fratura.

[0029] Uma superfície polida de uma camada de óxido de alumínio tipo α se refere a uma superfície de uma camada de óxido de alumínio tipo α obtida polindo uma ferramenta de corte revestida, em uma direção substancialmente paralela (preferivelmente, paralela) à superfície do substrato até que tal camada de óxido de alumínio tipo α apareça. Neste momento, tal superfície polida é preferivelmente obtida em uma posição onde, na direção da espessura da camada de revestimento, 50% ou mais da espessura média da camada de óxido de alumínio tipo α são deixados. Mais preferivelmente, tal superfície polida pode ser obtida em uma posição onde, na direção da espessura da camada de revestimento, de 50% ou mais a 90% ou menos da camada de óxido de alumínio tipo α são deixados. Em particular, a superfície polida pode ser uma superfície acabada espelhada. Exemplos de um método para obter uma superfície polida espelhada de uma camada de óxido de alumínio tipo α podem incluir um método para polimento com o uso de pasta de diamante ou sílica coloidal e fresa iônica. Entretanto, a presente invenção engloba uma ferramenta de corte revestida tendo o recurso supradescrito não somente em uma superfície polida, mas também em uma superfície seccional transversal, que é formada por vários métodos, de uma camada de óxido de alumínio tipo α.

[0030] Com relação à área quanto à orientação de cada partícula, uma superfície seccional transversal da camada de óxido de alumínio tipo α, preferivelmente uma superfície polida da mesma, é preparada, e tal área pode então ser medida usando um aparelho padrão de difração de elétrons retrodispersos (EBSD) afixado em um microscópio eletrônico de varredura (SEM), um microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo (FE- SEM), etc. Um EBSD é usado para determinar a orientação cristalina de cada partícula (isto é, um cristal) da camada de óxido de alumínio tipo α, e a área da partícula, na superfície polida, cuja orientação cristalina foi determinada, é tratada, dependendo da orientação incorreta, como um área para qualquer de nove divisões em respectivos passos de 10 graus que cobrem a faixa de orientação incorreta de 0 grau ou mais a 90 graus ou menos, por meio do que a razão de área pode ser obtida relativa a cada qual de tais divisões de orientação incorreta.

[0031] Mais especificamente, tal razão de área pode ser obtida pelo seguinte método. Uma amostra tendo uma superfície polida de uma camada de óxido de alumínio tipo α é posta em um FE-SEM, e a amostra é então irradiada com um feixe de elétrons em um ângulo de incidência de 70 graus, bem como em uma tensão de aceleração de 15 kV e uma corrente de irradiação de 0,5 nA. Medição é desejavelmente feita com os ajustes de EBSD de uma faixa de medição de 30 μm x 50 μm e um tamanho de intervalo de 0,1 μm.

[0032] Além da camada de óxido de alumínio tipo α citada, uma camada de revestimento de acordo com a presente invenção pode incluir pelo menos uma camada de composto de Ti. A camada de composto de Ti é preferivelmente provida de maneira a conseguir resistência ao desgaste intensificada. A camada de composto de Ti pode ser formada, como uma camada inferior, entre o substrato e a camada de óxido de alumínio tipo α, e alternativamente, ou adicionalmente, a camada de composto de Ti pode ser formada, como uma camada superior, fora da camada de óxido de alumínio tipo α. Em particular, a camada de composto de Ti é preferivelmente formada na superfície do substrato em virtude de a adesão entre o substrato e a camada de revestimento ser intensificada. Adicionalmente, a camada de composto de Ti é preferivelmente formada na camada mais externa da camada de revestimento em virtude de ficar fácil identificar um canto usado (isto é, uma aresta de corte usada) da ferramenta de corte. Por exemplo, TiN representa cor amarelada, e, enquanto está sendo usada, uma mudança ocorre pelo menos no brilho. A camada de composto de Ti se refere a uma camada de composto incluindo um elemento Ti, como um componente essencial da mesma, e pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em C, N, O e B. Por exemplo, a camada de composto de Ti pode consistir em pelo menos um elemento de TiC, TiN, TiCN, TiCO, TiCNO e TiB2. A camada de composto de Ti pode também incluir pelo menos um elemento, como (a) elemento(s) opcional(s), selecionado do grupo que consiste em Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al e Si.

[0033] A espessura média de uma camada de composto de Ti de acordo com a presente invenção é preferivelmente de 2 μm ou mais a 15 μm ou menos. Isto se dá em virtude de, quando a espessura média da camada de composto de Ti é menos que 2 μm, a resistência ao desgaste tende a ser diminuída, e, por outro lado, em virtude de, quando a espessura média da camada de composto de Ti é superior a 15 μm, a resistência a fratura tende a ser diminuída. Deve-se notar que, quando a camada de composto de Ti é formada de maneira a servir como cada qual da camada inferior e da camada superior, a espessura média da camada de composto de Ti se refere ao total das espessuras médias da camada inferior e da camada superior. Adicionalmente, por exemplo, quando múltiplas camadas de compostos de Ti são formadas de maneira a servir como a camada inferior, o total das espessuras de tais múltiplas camadas pode ser incluído na espessura da camada de composto de Ti. [Método para formar uma camada de revestimento]

[0034] Exemplos de um método para formar camadas que constituem uma camada de revestimento em uma ferramenta de corte revestida de acordo com a presente invenção incluem o método apresentado a seguir.

[0035] Por exemplo, uma camada de TiN pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de TiCl4: de 5,0 mol% ou mais a 10,0 mol% ou menos, N2: de 20 mol% ou mais a 60 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 850°C ou mais a 920°C ou menos, e uma pressão de 100 hPa ou mais a 350 hPa ou menos.

[0036] Uma camada de TiCN pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de TiCl4: de 10 mol% ou mais a 15 mol% ou menos, CH3CN: de 1 mol% ou mais a 3 mol% ou menos, N2: 0 mol% ou mais a 20 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 850°C ou mais a 920°C ou menos, e uma pressão de 60 hPa ou mais a 80 hPa ou menos.

[0037] Uma camada de TiC pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de TiCl4: de 1,0 mol% ou mais a 3,0 mol% ou menos, CH4: 4,0 mol% ou mais a 6,0 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 990°C ou mais a 1030°C ou menos, e uma pressão de 50 hPa ou mais a 100 hPa ou menos.

[0038] Uma camada de TiAlCNO pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de TiCl4: de 3,0 mol% ou mais a 5,0 mol% ou menos, AlCl3: de 1,0 mol% ou mais a 2,0 mol% ou menos; CO: de 0,4 mol% ou mais a 1,0 mol% ou menos, N2: de 30 mol% ou mais a 40 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 975°C ou mais a 1.025°C ou menos, e uma pressão de 90 hPa ou mais a 110 hPa ou menos.

[0039] Uma camada de TiAlCO pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de TiCl4: de 0,5 mol% ou mais a 1,5 mol% ou menos, AlCl3: de 3,0 mol% ou mais a 5,0 mol% ou menos; CO: de 2,0 mol% ou mais a 4,0 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 975°C ou mais a 1.025°C ou menos, e uma pressão de 60 hPa ou mais a 100 hPa ou menos.

[0040] Uma camada de TiCNO pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de TiCl4: de 3,0 mol% ou mais a 5,0 mol% ou menos, CO: de 0,4 mol% ou mais a 1,0 mol% ou menos, N2: de 30 mol% ou mais a 40 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 975°C ou mais a 1.025°C ou menos, e uma pressão de 90 hPa ou mais a 110 hPa ou menos.

[0041] Uma camada de TiCO pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de TiCl4: de 0,5 mol% ou mais a 1,5 mol% ou menos, CO: de 2,0 mol% ou mais a 4,0 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 975°C ou mais a 1.025°C ou menos, e uma pressão de 60 hPa ou mais a 100 hPa ou menos.

[0042] Uma ferramenta de corte revestida de acordo com a presente invenção que envolve a distribuição controlada de áreas de partículas de uma camada de óxido de alumínio tipo α com base nas divisões de orientação incorreta pode ser obtida, por exemplo, pelo método apresentado a seguir.

[0043] Um método para obter uma camada de revestimento de uma ferramenta de corte revestida na presente invenção inclui a grosso modo três etapas. Primeiramente, uma camada de composto de Ti consistindo em uma única camada ou múltiplas camadas é formada, como uma camada inferior, em uma superfície do substrato de uma ferramenta de corte revestida, por exemplo, pelo método supradescrito (primeira etapa). Em seguida, dois tipos de núcleos de óxido de alumínio são formados em uma superfície da camada de composto de Ti (segunda etapa). Então, uma camada de óxido de alumínio tipo α é formada no estado no qual tal núcleo foi formado (terceira etapa). Adicionalmente, uma camada de composto de Ti pode ser formada como uma camada mais externa (quarta etapa).

[0044] Os dois tipos de núcleos de óxido de alumínio são um núcleo formado a uma temperatura relativamente alta (a seguir referido como o primeiro núcleo) e um núcleo formado a uma temperatura menor que a do primeiro núcleo (a seguir referido como o segundo núcleo). Embora o primeiro núcleo, sendo um dos dois tipos de núcleos de óxido de alumínio, será descrito a seguir com detalhes, o primeiro núcleo pode ser formado com uma pequena quantidade de gás C3H6 levado a escoar a uma alta temperatura (primeira temperatura predeterminada). Quando uma camada de óxido de alumínio tipo α é formada no estado no qual o primeiro núcleo foi formado, então, partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 80 graus ou mais a 90 graus ou menos, podem ser obtidas. O segundo núcleo, sendo os outros tipos de núcleo de óxido de alumínio, pode ser formado com uma pequena quantidade de gás CH4 levado a escoar a uma baixa temperatura (segunda temperatura predeterminada). Quando uma camada de óxido de alumínio tipo α é formada no estado no qual o segundo núcleo foi formado, então, partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, podem ser obtidas. Deve-se notar que a segunda temperatura predeterminada é menor que a primeira temperatura predeterminada.

[0045] Em particular, na superfície da camada de composto de Ti, os dois tipos supradescrito de núcleos de óxido de alumínio são formados de maneira a ser misturados entre si, e uma camada de alumínio tipo α é formada a uma taxa de formação menor que a envolvida em condições convencionalmente conhecidas, por meio do que o total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, pode ser a um máximo entre as nove faixas. Deve-se notar que a taxa de formação de uma camada de óxido de alumínio tipo α nas condições convencionalmente conhecidas é de 0,8 μm/h ou mais a 1,2 μm/h ou menos, e a taxa de formação visada nas condições convencionalmente conhecidas é 0,4 μm/h ou mais a 0.7 μm/h ou menos. Mais especificamente, partículas de óxido de alumínio tipo α da presente invenção podem ser obtidas pelas etapas apresentadas a seguir. Deve-se notar que as etapas (A) e (B) a seguir são incluídas na segunda etapa supradescrita, e etapa (C) a seguir corresponde à terceira etapa supradescrita.

[0046] Na etapa (A), o primeiro núcleo de óxido de alumínio (a seguir referido como Al2O3) é formado. Tal primeiro núcleo de Al2O3 é formado por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de: AlCl3: de 2,1 mol% ou mais a 5,0 mol% ou menos, CO2: de 2,5 mol% ou mais a 4,0 mol% ou menos, HCl: de 2,0 mol% ou mais a 3,0 mol% ou menos, H2S: de 0,28 mol% ou mais a 0,45 mol% ou menos, C3H6: de 0,05 mol% ou mais a 0,2 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 920°C ou mais a 950°C ou menos, e uma pressão de 60 hPa ou mais a 80 hPa ou menos.

[0047] Na etapa (B), o segundo núcleo de Al2O3, que é diferente do primeiro núcleo já formado na etapa (A), é formado. Tal segundo núcleo de Al2O3 é formado por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de: AlCl3: de 2,1 mol% ou mais a 5,0 mol% ou menos, CO2: de 2,5 mol% ou mais a 4,0 mol% ou menos, CO: de 0,5 mol% ou mais a 1,0 mol% ou menos, HCl: de 2,0 mol% ou mais a 3,0 mol% ou menos, H2S: de 0,28 mol% ou mais a 0,45 mol% ou menos, CH4: de 0,05 mol% ou mais a 0,2 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 850°C ou mais a 900°C ou menos, e uma pressão de 60 hPa ou mais a 80 hPa ou menos. Se a temperatura na qual o segundo núcleo de Al2O3 for 890°C ou mais, o total Sb das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, pode constituir menos que 10 % de área, a temperatura nas condições de formar o segundo núcleo preferivelmente varia de 850°C ou mais a 880°C ou menos. Pela etapa (B), o primeiro núcleo e o segundo núcleo são formados na camada de composto de Ti enquanto ainda está em um estado misturado.

[0048] Na etapa (C), uma camada de óxido de alumínio tipo α (a seguir referida como a camada de Al2O3 tipo α) é formada. Esta etapa inclui crescimento do primeiro núcleo e do segundo núcleo obtidos pela etapa (A) e etapa (B). Tal camada de Al2O3 tipo α pode ser formada por deposição química de vapor com uma composição de gás de matéria-prima de: AlCl3: de 2,1 mol% ou mais a 2,5 mol% ou menos, CO2: de 2,5 mol% ou mais a 4,0 mol% ou menos, HCl: de 2,0 mol% ou mais a 3,0 mol% ou menos, H2S: de 0,15 mol% ou mais a 0,25 mol% ou menos e H2: o equilíbrio, uma temperatura de 850°C ou mais a 920°C ou menos, e uma pressão de 30 hPa ou mais a 50 hPa ou menos.

[0049] Deve-se notar que, se o AlCl3 nas etapas (A) e (B), em cada uma dos quais um núcleo de Al2O3 é formado, for 2,2 mol% ou menos, o total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tem uma orientação incorreta variando de 20 graus ou mais até abaixo de 30 graus, da camada de Al2O3 tipo α é inclinado a constituir menos que 25 % de área. Portanto, a concentração de AlCl3 preferivelmente varia de 2,7 mol% ou mais a 5,0 mol% ou menos de maneira a prover liberdade suficiente.

[0050] A espessura de cada camada pode ser medida a partir de uma estrutura seccional transversal da ferramenta de corte revestida, usando um microscópio óptico, um microscópio eletrônico de varredura (SEM), um microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo (FE-SEM), etc. Deve-se notar que, como para a espessura da ferramenta de corte revestida, a espessura de cada qual camada é medida, em três ou mais locais, na posição aproximadamente 50 μm fora da aresta (isto é, a aresta de corte) em direção à superfície de saída ou o flanco da ferramenta de corte revestida, e o valor médio das medições resultantes pode ser obtido. Mais especificamente, a espessura pode ser medida em uma região a uma distância de aproximadamente 50 μm do limite lateral da superfície de saída da aresta de corte em direção à superfície de saída da ferramenta de corte revestida, e, alternativamente, a espessura pode ser medida em uma região a uma distância de aproximadamente 50 μm do limite da aresta de corte do lado do flanco em direção ao flanco da ferramenta de corte revestida.

[0051] A composição de cada camada pode ser medida de um estrutura seccional transversal de uma ferramenta de corte revestida da presente invenção, usando um espectroscópio de raios X de energia dispersiva (EDS), um espectroscópio de dispersivo de comprimento de onda de raios X (WDS), etc. Adicionalmente, a camada de óxido de alumínio tipo α pode em particular ter a configuração citada concernente ao plano (222) em uma região predeterminada localizada aproximadamente 50 μm fora da aresta (aresta de corte) em direção à superfície de saída ou o flanco da ferramenta de corte revestida. A região predeterminada pode ser definida em qualquer posição e/ou em qualquer faixa e pode também ser definida na superfície de saída ou o flanco. A região predeterminada pode ter, por exemplo, uma faixa de 100 μm x 100 μm, e preferivelmente 30 μm x 50 μm. Em particular, a configuração referida concernente ao plano (222) pode ser incluída em uma região predeterminada que é substancialmente paralela à superfície do substrato e que se estende em uma posição onde pelo menos 50% da camada de óxido de alumínio tipo α é deixada. Mais especificamente, esta região predeterminada pode ser definida em uma superfície seccional transversal formada em uma região A da Fig. 1 descrita a seguir, preferivelmente uma superfície polida. Exemplos

[0052] Embora a presente invenção seja agora descrita a seguir com exemplos, a presente invenção não está limitada a tais exemplos.

[0053] Como para a espessura de cada camada de uma amostra, a seção transversal de uma parte próxima da posição aproximadamente 50 μm a partir da aresta de uma ferramenta de corte revestida (por exemplo, uma inserto de corte) em direção à superfície de saída foi medida em três locais usando um FE-SEM, e a média das medições resultantes foi obtida. Explicação adicional será feita agora com referência à Fig. 1. Fig. 1 é uma vista seccional transversal esquemática mostrando uma parte próxima de uma aresta de uma ferramenta de corte revestida. Na Fig. 1, símbolo de referência “2” denota uma aresta, a saber, uma aresta de corte, símbolo de referência “4” denota uma superfície de saída, símbolo de referência “6” denota um flanco, símbolo de referência “10” denota um substrato, e símbolo de referência “12” denota uma camada de revestimento. A aresta de corte 2 tem uma superfície seccional transversal substancialmente em forma de arco. Na região A, que é aproximadamente 50 μm fora do limite do lado da superfície de saída 4 da aresta de corte 2 (vide a linha tracejada na Fig. 1) na direção da superfície de saída 4, cuja seção transversal se estende na direção da espessura da camada de revestimento (isto é, a direção perpendicular a uma superfície do substrato 10) foi obtida, e a espessura de cada camada da amostra foi medida.

[0054] Áreas das partículas de Al2O3 do tipo α de uma amostra obtida como as divisões de orientação incorreta foram medidas usando um EBSD afixado em um FE-SEM.

[0055] Uma inserto de corte de carboneto cementado com uma forma de CNMA120408 certificado pela JIS e uma composição de 93.1WC-6.5Co- 0,4Cr3C2 (% em massa) foi preparada como um substrato. A porção da linha de crista da aresta de corte de tal substrato foi submetida a afiação em rebolo por meio de uma escova de SiC, e a superfície do substrato foi então lavada.

[0056] Depois da lavagem da superfície do substrato, como as amostras da invenção 1 a 10, o substrato foi inserido em um aparelho de deposição química de vapor de aquecimento externo e, primeiramente, uma camada inferior (camada de composto de Ti), que consiste nas três camadas indicadas na Tabela 5, foi formada na ordem da primeira para a terceira camadas, como indicado nas Tabelas 4 e 5. Depois da formação da camada inferior, dois tipos de núcleos de Al2O3 foram formados nas condições mostradas na Tabela 1, e uma camada de Al2O3 tipo α foi formada na superfície do substrato de maneira a obter a configuração da camada de revestimento e as espessuras médias na Tabela 5, nas condições mostradas nas Tabelas 2 e 4. Em seguida, como para as amostras da invenção 1 a 8, uma camada superior de TiN foi formada, como mostrado nas Tabelas 4 e 5. Portanto, como mostrado na Fig. 2, com relação às amostras da invenção 1 a 8, a camada de revestimento 12 foi provida no substrato 10, a camada de revestimento 12 inclui uma camada inferior 14, que inclui uma primeira camada 14a, uma segunda camada 14b e uma terceira camada 14c na ordem a partir do lado do substrato, e uma camada de Al2O3 tipo α 16 e uma camada superior 18 foram providas, na ordem, na terceira camada 14c. Com relação às amostras da invenção 9 e 10, a camada superior 18 não foi formada, diferentemente da camada de revestimento nas amostras da invenção 1 a 8. Portanto, no estado inicial, a camada superior 18 serve como a camada mais externa nas amostras da invenção 1 a 8, e a camada de Al2O3 16 serve como a camada mais externa nas amostras da invenção 9 e 10. Deve-se notar que a Fig. 2 é uma vista seccional esquemática de uma parte (correspondente, por exemplo, à região A na Fig. 1) de uma amostra da invenção. Uma superfície polida da camada de Al2O3 tipo α 16 é, por exemplo, formada ao longo de uma linha L substancialmente paralela a uma superfície 10a do substrato 10.

[0057] Depois da lavagem da superfície do substrato, como para as amostras comparativas 1 a 10, o substrato foi inserido em um aparelho de deposição química de vapor de aquecimento externo e, primeiramente, uma camada inferior (camada de composto de Ti), que consiste nas três camadas indicadas na Tabela 5, foi formada na ordem da primeira para a terceira camada, como indicado nas Tabelas 4 e 5. Depois da formação da camada inferior, um núcleo de Al2O3 foi formado nas condições mostradas na Tabela 3, e uma camada de Al2O3 tipo α foi formada na superfície do substrato de maneira a obter a configuração da camada de revestimento e as espessuras médias na Tabela 5, nas condições mostradas na Tabela 4. Em seguida, como as amostras comparativas 1 a 8, uma camada superior de TiN foi formada, como mostrado nas Tabelas 4 e 5. Tabela 1]

[Tabela 1]-continuação

[Tabela 2]

Tabela 3]

Tabela 4]

Tabela 5]

Tabela 5]-continuação

[0058] A superfície polida da camada de Al2O3 tipo α de uma ferramenta de corte revestida obtida foi observada com um FE-SEM, e os totais das áreas de partículas como para as divisões de orientação incorreta foram medidos usando um EBSD acoplado no FE-SEM. Os resultados de medição são mostrados na Tabela 6.

[0059] Medição foi feita: colocando uma amostra provida com uma superfície polida de uma camada de Al2O3 tipo α em um FE-SEM, irradiando a amostra com um feixe de elétrons em um ângulo de incidência de 70 graus, bem como a uma tensão de aceleração de 15 kV e uma corrente de irradiação de 0,5 nA; e empregando as configurações do EBSD de uma faixa de medição de 30 μm x 50 μm e um tamanho do intervalo de 0,1 μm. As áreas de partículas da camada de Al2O3 tipo α na faixa de medição foram considerados para servir como uma soma total de pixels correspondente a tais áreas. No caso de um tamanho do intervalo de 0,01 μm, a área por pixel deve ser 0,0065 μm2. Ou seja, as áreas das partículas da camada de Al2O3 tipo α como as orientações incorretas foram obtidas totalizando os pixels como as orientações incorretas e convertendo o total resultante em áreas. [Tabela 6]

Tabela 6] continuação

[0060] Testes de corte 1 e 2 foram conduzidos usando amostras obtidas (isto é, insertos de corte). Teste de corte 1 é um teste para avaliar a resistência ao desgaste, e teste de corte 2 é um teste para avaliar a resistência a fratura. Os resultados dos testes de corte são mostrados na Tabela 7. [Teste de corte 1] Material da peça de trabalho: barra redonda S45C Velocidade de corte: 300 m/min Alimentação: 0,30 mm/rev Profundidade de corte: 2,0 mm Refrigerante: usado Itens de avaliação: Um momento quando uma amostra foi fraturada ou teve uma máxima largura de desgaste do flanco de 0,2 mm foi definido como o final da vida da ferramenta, e o tempo de processamento parta atingir o final da vida da ferramenta foi medida. Deve-se notar que “desgaste normal” na Tabela 7 se refere a uma situação na qual a máxima largura de desgaste do flanco atingiu 0,2 mm sem nenhuma fratura. Adicionalmente, “lascamento” se refere a uma situação na qual um “diminuto cavaco” de menos que 0,2 mm surgiu. [Teste de corte 2] Material da peça de trabalho: barra redonda S45C com dois entalhes equidistantes se estendendo na direção do comprimento Velocidade de corte: 250 m/min Alimentação: 0,40 mm/rev Profundidade de corte: 1,5 mm Refrigerante: usado Itens de avaliação: Um momento quando uma amostra foi fraturada foi definido como o final da vida da ferramenta, e o número de impactos que a amostra recebe até o final da vida da ferramenta foi medido. O número de vezes que a amostra e o material da peça de trabalho entraram em contato um com o outro foi definido como o número de impactos, e o teste terminou quando o número de contatos chegou a 20.000 em um máximo. Deve-se notar que, como para cada amostra, cinco insertos de corte foram preparados e o número de impactos foi medido para cada de tais insertos de cortes, e a média foi obtida das medições do número de impactos de maneira a servir como a vida da ferramenta. Tabela 7]

[0061] Como mostrado na Tabela 7, em cada amostra da invenção, a vida da ferramenta em teste de corte 1 foi acima de 30 minutos, e a vida da ferramenta em teste de corte 2 foi acima de 15.000 vezes. Assim, nas amostras da invenção, resistência ao desgaste foi intensificada sem nenhuma redução na resistência a fratura (incluindo resistência ao lascamento). Isto indica que, comparadas com as amostras comparativas, as amostras da invenção envolvem cada qual um maior tempo de processamento para chegar ao final da vida da ferramenta e um maior número de vezes de impactos que a ferramenta recebe até o final da vida da ferramenta e, portanto, tem uma vida da ferramenta significativamente maiores.

[0062] Uma ferramenta de corte revestida de acordo com a presente invenção tem excelente resistência ao desgaste sem nenhuma redução na resistência a fratura e assim sua vida da ferramenta pode ser prolongada mais que a envolvida na tecnologia anterior e, portanto, tal ferramenta de corte revestida tem alta disponibilidade industrial.

[0063] A presente invenção não está limitada às modalidades, modificações e exemplos supradescritos. Deve-se perceber que várias alterações e mudanças podem ser feitas na presente invenção sem fugir da abrangência e escopo da invenção definidos nas reivindicações. A presente invenção engloba todos os tipos de modificações, aplicações e equivalentes que são englobados pela ideia da presente invenção definida pelo escopo das reivindicações.

Claims

1. Ferramenta de corte revestida, compreendendo: um substrato (10); e uma camada de revestimento (12) formada em uma superfície do substrato (10), caracterizada pelo fato de que: a camada de revestimento (12) compreende pelo menos uma camada de óxido de alumínio tipo α (16); e em uma superfície seccional transversal da camada de óxido de alumínio tipo α (16) que é substancialmente paralela à superfície do substrato (10), quando um ângulo formado por uma normal à superfície seccional transversal e uma normal a um plano (222) de uma partícula da camada de óxido de alumínio tipo α (16) é considerado uma orientação incorreta, e quando áreas de partículas, cada uma das quais tendo uma orientação incorreta variando de 0 grau a 90 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α (16) são definidas como constituindo 100 % de área, e as áreas de partículas, cada uma das quais tendo uma orientação incorreta variando de 0 grau a 90 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α (16) são divididas em respectivos passos de 10 graus, um total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tendo uma orientação incorreta variando de 20 graus até 30 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α (16), na superfície seccional transversal, é a um máximo entre os totais de áreas para nove divisões em respectivos passos de 10 graus.

2. Ferramenta de corte revestida de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o total Sa das áreas de partículas, cada uma das quais tendo uma orientação incorreta variando de 20 graus até 30 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α (16) tem uma faixa de 25 % < Sa < 70 % de área.

3. Ferramenta de corte revestida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que um total Sb de áreas de partículas, cada uma das quais tendo uma orientação incorreta variando de 0 grau ou mais até abaixo de 10 graus, da camada de óxido de alumínio tipo α (16) tem uma faixa de 10 % < Sb < 20 % de área.

4. Ferramenta de corte revestida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que uma espessura média da camada de óxido de alumínio tipo α (16) é de 1μm a 15 μm.

5. Ferramenta de corte revestida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a camada de revestimento (12) compreende, entre o substrato (10) e a camada de óxido de alumínio tipo α (16), uma camada de composto de Ti contendo um composto de Ti de um elemento Ti e pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em C, N, O e B.

6. Ferramenta de corte revestida de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que uma espessura média da camada de revestimento (12) é de 3 μm a 30 μm, e uma espessura média da camada de composto de Ti é de 2 μm a 15 μm.

7. Ferramenta de corte revestida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a superfície seccional transversal da camada de óxido de alumínio tipo α (16) é definida com relação a uma região predeterminada de uma superfície de saída (4) ou um flanco (6) da ferramenta de corte revestida, e é também definida em uma posição onde pelo menos 50% da camada de óxido de alumínio tipo α (16) é deixada em uma direção da espessura da camada de revestimento (12).

8. Ferramenta de corte revestida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a superfície seccional transversal da camada de óxido de alumínio tipo α (16) é uma superfície polida.

9. Ferramenta de corte revestida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o substrato (10) compreende qualquer um de um carboneto cementado, cermet, cerâmicas e corpo sinterizado de nitreto de boro cúbico.

10. Ferramenta de corte revestida de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a ferramenta de corte revestida é uma inserto de corte que pode ser afixado de forma removível em um corpo da ferramenta.