CN102120268B - 表面包覆立方晶氮化硼基超高压烧结材料制切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面包覆cBN切削工具，硬质包覆层在高硬度材料的高速断续切削加工中，发挥优异的耐熔敷性、耐崩刀性、耐磨性。(a)为具有如下珩磨形状工具基体，即从前刀面方向观察珩磨的宽度为0.03～0.3mm，且珩磨角度与前刀面形成的角度为10～35度的范围内，在具有如上珩磨形状的cBN制工具基体上形成硬质包覆层的表面包覆cBN切削工具中，(b)下部层由(Ti、Al)N层构成，(c)上层部由(Ti、Al)N层与TiN层的交替叠层结构构成，(d)上层部的最外层在珩磨面与后刀面的棱线部以外的区域设为(Ti、Al)N层，另一方面，珩磨面与后刀面的棱线部中，不存在最外层，而露出形成有上述(Ti、Al)N层与TiN层的交替叠层截面结构，由此谋求耐熔敷性、耐崩刀性、耐磨性的提高。

Description

表面包覆立方晶氮化硼基超高压烧结材料制切削工具

技术领域

本发明涉及一种表面包覆立方晶氮化硼基超高压烧结材料制切削工具(以下，称之为包覆cBN基烧结工具)，其对合金工具钢或轴承钢的淬火材料等高硬度材料进行高速断续切削加工时，硬质包覆层也具有优异的耐熔敷性、耐崩刀性、耐磨性，经长期使用也能够发挥稳定的切削性能的，在由立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的切削工具基体的表面形成硬质包覆层。

背景技术

通常的包覆cBN基烧结工具公知有如下工具：在各种钢或铸铁等被切削材料的车削加工中装卸自由地安装于车刀的前端部而使用的刀片，或装卸自由地安装所述刀片而与在面削加工或槽加工以及台肩加工等中使用的整体式的立铣刀同样进行切削加工的刀片式或立铣刀等。

并且，作为包覆cBN基烧结工具，例如如专利文献1所示，公知有如下包覆cBN基烧结工具，即在由立方晶氮化硼基超高压烧结材料(以下称之为cBN基烧结材料)构成的工具主体的表面上蒸镀形成TiN层、Ti与Al的复合氮化物(以下由TiAlN表示)层等的表面包覆层，并且公知将这些使用于各种钢或铸铁等的切削加工中。

而且，在这些包覆cBN基烧结工具中，为了提高其切削性能进一步进行各种改良。

例如在专利文献2中公知有如下技术：在工具基体的前刀面与后刀面之间形成具备珩磨面的刀刃的同时，在关于这些前刀面、珩磨面、后刀面形成有硬质包覆层的包覆cBN基烧结工具中，将上述珩磨面上的上述硬质包覆层的层厚设为小于该珩磨面与上述前刀面或者后刀面的至少任一方的棱线部中其他珩磨面上的部分，由此防止包覆cBN基烧结工具的硬质膜的剥离，且提高其耐磨性。

专利文献1：日本专利公开2008-302438号公报

专利文献2：日本专利公开2004-17174号公报

近年来切削加工装置的FA化非常显著，另一方面对切削加工强烈要求省力化、节能化、以及低成本化，随之切削加工除了要求一般的切削条件之外，还存在要求更高速条件下的切削加工的倾向，但上述以往的cBN基烧结工具中，将各种钢或铸铁在一般条件下进行切削加工时不会产生特别的问题，但将这些在合金工具钢或轴承钢的淬火材料等的高硬度材料的高速断续切削中使用时具有如下现状，即由于通过刀刃部中产生的高热被切削材料及切屑被高温加热，所以尤其在刀刃的棱线部中容易产生与被切削材料的熔敷，并且对刀刃断续作用冲击性的高负荷，所以在刀刃的刀尖产生边界异常损伤，在比较短的时间内达到使用寿命。

发明内容

因此，本发明者们从如上述的观点考虑，为了开发在合金工具钢或者轴承钢的淬火材料等的高硬度材料的高速断续切削加工中硬质包覆层具备优异的耐熔敷性的同时发挥优异的耐崩刀性、耐磨性的包覆cBN基烧结工具，从硬质包覆层的材质和结构两方面进行研究的结果，得到了如下见解。

首先，从硬质包覆层的材质方面来说，如所述专利文献1中也表示，如下构成：

(甲)将硬质包覆层的下部层设为TiAlN层构成，所述TiAlN层以如下组合式表示时，具有X为0.3～0.6(其中，为原子比)的0.5～4μm的平均层厚，

组合式：(Ti_1-XAl_X)N

(乙)将硬质包覆层的上部层设为由各自一层平均层厚为0.03～0.3μm的薄层A与薄层B的交替叠层结构，并且，

由TiAlN层构成薄层A，所述TiAlN层以如下组合式表示时，X为0.3～0.6(其中，为原子比)，

组合式：(Ti_1-XAl_X)N

并且由TiN层构成薄层B时，

在合金工具钢或轴承钢的淬火材料等的高硬度材料的高速切削加工中，能够一定程度防止边界异常损伤和缺损的产生。

但是，对刀刃断续作用冲击性的高负荷的高速断续切削加工中，用所述专利文献1公开的包覆cBN基烧结工具无法充分满足防止边界异常损伤和缺损的产生。

因此，本发明者们从包覆层的结构之类的观点进一步进行研究，结果发现了如下内容：在所述专利文献1所示的由交替叠层结构构成的上部层结构中，将珩磨面与后刀面的棱线部以外区域的最外层由与薄层A相同组成的TiAlN层构成的同时，将其层厚设为0.1～0.8μm，另一方面，在珩磨面与后刀面的棱线部中，通过露出形成薄层A(TiAlN层)与薄层B(TiN层)的交替叠层截面，可以进一步谋求耐熔敷性的提高的同时，获得耐崩刀性、耐磨性优异的包覆cBN基烧结工具。

该发明是基于上述见解而完成的，具有如下特征：

一种表面包覆立方晶氮化硼基超高压烧结材料制切削工具(包覆cBN基烧结工具)，其在由含有50～85体积％的立方晶氮化硼的立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体表面蒸镀形成由下部层和上部层构成的硬质包覆层，其特征在于，

(a)上述工具基体具有如下珩磨形状，即所述珩磨形状从前刀面方向观察珩磨的宽度为0.03～0.3mm，珩磨角度与前刀面形成的角度为10～35度的范围内，

(b)上述硬质包覆层的下部层由Ti与Al的复合氮化物层构成，所述Ti与Al的复合氮化物层以如下组合式表示时，具有X为0.3～0.6(其中，为原子比)的0.5～4μm的平均层厚，

组合式：(Ti_1-XAl_X)N

(c)上述硬质包覆层的上部层由各自一层平均层厚为0.03～0.3μm的薄层A与薄层B的交替叠层结构构成，

上述薄层A为上述Ti与Al的复合氮化物层，

上述薄层B为Ti的氮化物层，

(d)上述上部层的最外层除了珩磨面与后刀面的棱线部以外由平均层厚为0.1～0.8μm的上述Ti与Al的复合氮化物层构成，另一方面，珩磨面与后刀面的棱线部中不存在上述最外层，而露出形成有上述薄层A与薄层B的交替叠层截面结构。

下面，对该发明的包覆cBN基烧结工具详细说明。

(a)cBN基烧结材料：

超高压烧结材料制工具基体中的cBN为极其硬质且在烧结材料中形成分散相，而且通过该分散相谋求耐磨性的提高，但若其配合比例过少则无法确保所希望的优异的耐磨性，另一方面，若其配合比例过多则cBN基材料本身的烧结性下降，其结果容易在刀刃产生缺损，从该观点考虑cBN的配合比例设为50～85体积％。

另外，cBN基烧结材料中，作为其成分，例如含有Ti化合物、Al和/或Al₂O₃、WC等，但该发明中没有特别限制这些含量。

但是，例如关于Ti化合物(选自TiN、TiCN及TiC的1种或2种以上)，具有提高烧结性的同时在烧结体中形成连续相而提高强度的作用，但若其配合比例过少则无法确保所希望的强度，另一方面，若其配合比例过多则cBN的含量就相对变少，容易产生前刀面的磨损等，因此从这些观点考虑优选规定其配合量。

而且，Al和/或Al₂O₃在烧结时优先将其凝聚在cBN粉末的表面，反应而形成反应产物，在烧结后的cBN基材料中介于形成连续相的Ti化合物相与形成硬质分散相的cBN相之间，该反应产物具有形成所述连续相的Ti化合物相与形成硬质分散相的cBN相均固定地紧密接合的性质，因此虽然使对所述cBN相的作为连续结合相的Ti化合物相的紧密性显著提高，且使刀刃的耐崩刀性提高，但若其量变得过多则cBN的含量变少，容易产生前刀面磨损等，因此从这些观点考虑需要规定其配合量。

并且，关于WC，由于在cBN粒子的附近生成W的硼化物，并控制TiB₂的生成，可以有助于耐崩刀性的提高，但若WC含量过多则WC成分会残留，反而导致耐崩刀性下降，因此优选WC的配合比例设为少量。

(b)珩磨形状：

如图1所示，由本发明的cBN基烧结材料构成的工具主体的珩磨形状从前刀面方向观察珩磨的宽度为0.03～0.3mm，珩磨角度与前刀面形成的角度设为10～35度的范围内。

这是用于确保刀尖强度的形状，关于珩磨的角度，在10度以下则不能保持刀尖的强度，若成35度以上则切削时的前刀角过于向负值变大而锋利度下降。而且，其理由如下：关于珩磨宽度，小于0.03mm时无法确保刀尖的强度，另一方面，若超过0.3mm则刀尖阻力变大而导致锋利度下降。

(c)硬质包覆层的下部层：

由于构成硬质包覆层的下部层的TiAlN层中的Ti成分有助于维持高温强度，Al成分有助于提高高温硬度和耐氧化性，因此构成硬质包覆层的下部层的(Ti_1-XAl_X)N层作为具备预定的高温强度、高温硬度及耐氧化性的层，基本上承担在合金工具钢或轴承钢的淬火材料等的高硬度材料的高速断续切削加工时确保刀刃部的耐磨性的作用。但若Al的含有比例X超过60原子％则因晶体结构的变化容易使高温强度下降而产生缺损，另一方面，若Al的含有比例X小于30原子％则高温硬度和耐氧化性下降，其结果，可观察到耐磨性的下降，因此将Al的含有比例X的值定为0.3～0.6。

而且，下部层的平均层厚小于0.5μm时，无法将自身所持有的耐氧化性、高温硬度及高温强度长期地赋予至硬质包覆层，这成为工具寿命短的原因，另一方面，若其平均层厚超过4μm则容易产生缺损，因此将其平均层厚定为0.5～4μm。

另外，为了确保超高压烧结材料制切削工具基体与下部层的充分的粘合性，可以使TiN的薄层介于基体与下部层之间，但优选该TiN的薄层的层厚设为0.01μm以上0.5μm以下。

(d)硬质包覆层的上层部：

上部层的薄层A：

构成上部层的薄层A的TiAlN层由薄层A和薄层B构成交替叠层结构，由此在不损害薄层B所具有的韧性、耐冲击性而弥补薄层B中不足的特性(高温硬度、高温强度、耐氧化性)。

而且，当构成交替叠层结构时，关于珩磨部以外的部位(主要是后刀面)，通过由TiAlN层构成上部层的最外层来确保高硬度钢的可承受高速断续切削的耐磨性。

(另外，关于珩磨部的层结构将在后文叙述。)

而且，构成薄层A的TiAlN层，由组合式：(Ti_1-XAl_X)N层表示时，与下部层(由组合式(Ti_1-XAl_X)N表示的TiAlN层)的情况同样，具备优异的高温硬度、高温强度、耐氧化性，为弥补薄层B中不足的特性，将X的值定为0.3～0.6。

另外，构成硬质包覆层的下部层和薄层A的材料为相同成分系列的材料，所以例如通过作为物理气相沉积的电弧离子镀成膜时，当使用同一种类的靶子形成下部层(的TiAlN层)和薄层A(的TiAlN层)时，形成相同组成的TiAlN层。但，下部层的TiAlN层和薄层A的TiAlN层无需一定是相同组成，进行物理气相沉积时，例如使用不同组成的多个靶子时，下部层和薄层A形成不同组成的TiAlN层，但任何情况下，若在与Ti的总量中所占的X的含有比例(原子比)分别在0.3～0.6的范围内，则硬质包覆层的特性上不会产生任何不良情况。

并且，上部层的薄层B如后所述，为具备预定的韧性、耐冲击性的层，虽然抑制高硬度材料的高速断续切削加工时的边界异常损伤和缺损的发生，但其另一方面，因高温硬度的不足容易产生耐磨性的下降，所以通过交替地叠层具备优异的高温硬度、高温强度、耐氧化性的上述薄层A与薄层B，从而弥补高温硬度的不足，而且，不会使薄层B所具有的特性劣化而作为由交替叠层结构构成的上部层整体，确保优异的高温硬度、韧性、耐冲击性，但薄层A的一层平均厚层小于0.03μm时无法弥补TiN层的高温硬度的下降，另一方面，若其一层平均层厚超过0.3μm则容易产生崩刀，所以薄层A的一层平均层厚定为0.03～0.3μm。

上部层的薄层B：

构成上部层的薄层B的TiN层具备预定的韧性、耐冲击性，因此具有在高硬度材料的高速断续切削加工中防止在硬质包覆层产生边界异常损伤和缺损的作用，但其一层平均层厚小于0.03μm时无法充分发挥上述的优异的特性，另一方面，若其一层平均层厚超过0.3μm则表示上层部的高温硬度不足且耐磨性下降的倾向，所以薄层B的一层平均层厚定为0.03～0.3μm。(e)珩磨面以外的面(前刀面、后刀面)中的上层部的平均层厚：

珩磨面以外的面(前刀面、后刀面)中由薄层A和薄层B的交替叠层结构构成的上层部，其总计平均层厚小于0.8μm时无法充分发挥高硬度材料的高速断续切削加工中所需的充分的韧性、耐冲击性，另一方面，若其平均厚度超过3μm则容易产生缺损，由此可知，优选其平均层厚设为0.8～3μm，并且优选由交替叠层结构构成的上部层的最外层由耐磨性优异的TiAlN层构成，其平均层厚小于0.1μm时使其发挥耐磨性时偏薄，另一方面，若其平均层厚超过0.8μm则容易产生缺损，由此可知，优选其平均层厚设为0.1～0.8μm。

(f)珩磨面中的上部层：

在珩磨部的珩磨面中央，将构成上部层的最外层的TiAlN层的平均层厚设为0.1～0.8μm，优选设为0.1～0.5μm，但在珩磨面与后刀面的棱线部中，如图2所示，去除最外层而露出形成薄层A与薄层B的交替叠层截面结构。

而且，作为在珩磨面与后刀面的棱线部中除去最外层而形成薄层A与薄层B的交替叠层截面结构的方法，例如可通过如下方法形成：相对于前刀面以43～47°的倾斜角在上部层进行湿式喷砂处理，去除珩磨面与后刀面的棱线部中的最外层而露出薄层A与薄层B的交替叠层截面结构。

本发明以刀刃部及珩磨部中的上述上层部结构作为最大的特征，尤其在珩磨面中央及后刀面中将耐磨性高的TiAlN层作为最外层来确保耐磨性，另一方面，在珩磨面与后刀面的棱线部中通过露出形成薄层A与薄层B的交替叠层截面结构，由此提高刀刃边缘的硬质包覆层的强度，并抑制从刀刃边缘剥离硬质膜。

并且，通过这种层结构，在合金工具钢或轴承钢的淬火材料等的高硬度材料的高速断续切削中，即使在刀刃部产生高热，且在刀刃部作用有冲击性或断续性的高负荷，也能够防止珩磨面与后刀面的棱线部中的熔敷的产生、硬质包覆层的剥离，并且，能够确保充分的耐磨性。

该发明的包覆cBN基烧结工具由上部层和下部层构成硬质包覆层，而且，将硬质包覆层的上部层设为薄层A与薄层B的交替叠层结构，另外，关于珩磨部，在其珩磨面中央适当地确保构成上部层的最外层的TiAlN层的层厚，另一方面，在珩磨面与后刀面的棱线部中，去除最外层的TiAlN层，而露出形成薄层A与薄层B的交替叠层截面结构，由此在珩磨面与后刀面的棱线部中尤其提高强度，在其以外的部位(前刀面，后刀面)确保充分的耐磨性，由此可知，合金工具钢或轴承钢的淬火材料等的高硬材料即使在产生高热的同时在刀刃部作用冲击性或断续性的高负荷的高速断续切削的严格的切削条件下，也不会在所述硬质包覆层产生熔敷、边界异常损伤和缺损，经长期使用也能够发挥优异的耐磨性。

附图说明

图1表示本发明的包覆cBN基烧结工具的珩磨部附近的简要截面图。

图2表示在本发明的cBN基烧结工具的珩磨面与后刀面的棱线部中露出形成有薄层A与薄层B的交替叠层截面结构的简要说明图。

具体实施方式

接着，通过实施例具体说明该发明的包覆cBN基烧结工具。

[实施例]

作为原料粉末，准备均具有平均粒径0.5～4μm范围内的cBN粉末、TiN粉末、TiCN粉末、TiC粉末、Al粉末、Al₂O₃粉末、及WC粉末，将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成，用球磨机湿式混合80小时，干燥之后，以120MPa的压力冲压成型为具有直径：50mm×厚度：1.5mm的尺寸的压坯，接着，在压力：1Pa的真空气氛中，在900～1300℃范围内的预定温度中保持60分钟的条件下烧结该压坯而设为刀刃片用预烧结体，以将该预烧结体与另外准备的Co：8质量％、WC：剩余的组成、及具有直径：50mm×厚度：2mm的尺寸的WC基硬质合金制支承片重叠的状态，装入一般超高压烧结装置中，在作为一般条件的压力：4GPa、温度：1200～1400℃范围内的预定温度中保持时间：0.8小时的条件下进行超高压烧结，烧结之后，使用金刚石磨刀石研磨上下面，用线放电加工装置分割成一边为3mm的正三角形，另外，使用具有由以质量％计，Cu：26％、Ti：5％、Ni：2.5％、Ag：剩余而构成的组成的Ag合金的钎焊材料对Co：5质量％、TaC：5质量％、WC：剩余的组成及具有CIS规格SNGA120412的形状(厚度：4.76mm×一边长度：12.7mm的正方形)的WC基硬质合金制刀片主体的钎焊部(隅角部)进行钎焊，外周加工成预定尺寸之后，对刀刃部施加0.2mm的倒角珩磨(Chamferhoning)加工，另外，通过金刚石刷对刀尖的棱线部施加最终研磨，由此分别制作了具有ISO规格SNGA120412的刀片形状的工具基体A～J。

(a)接着，以在丙酮中超声波清洗上述各种工具基体A～J且进行干燥的状态下沿外周部安装在图1所示的从电弧离子镀装置内的旋转工作台上的中心轴向半径方向远离预定距离的位置，将具有与表2所示的目标组成对应的成分组成的下部层及薄层A形成用Ti-Al合金作为一方侧的负电极(蒸发源)，而且，将上部层的薄层B形成用金属Ti作为另一侧的负电极(蒸发源)而将上述两种隔着所述旋转工作台对置配置(另外，虽然图1中未表示，但将下部层和薄层A设为不同的组成时，配置下部层形成用Ti-Al合金和薄层A形成用Ti-Al合金两种类的负电极(蒸发源))，

(b)首先，一边对装置内进行排气而保持为0.1Pa以下的真空，一边用加热器将装置内加热至500℃以后，导入Ar气体而设为0.7Pa气氛的同时，对在所述工作台上一边自转一边旋转的工具基体外加-200V的直流偏电压，事先通过氩离子冲击清洗工具基体表面，

(c)将氮气作为反应气体导入到装置内而设为3Pa的反应气氛的同时，对在所述旋转工作台上一边自转一边旋转的工具基体外加-100V的直流偏电压，并且在下部层形成用Ti-Al合金与正电极之间流过100A的电流而产生电弧放电，事先在所述工具基体的表面蒸镀形成表2所示的目标组成及目标层厚的(Ti_1-XAl_X)N层作为硬质包覆层的下层部，

(d)接着调整导入到装置内的作为反应气体的氮气流量而设为2Pa的反应气氛的同时，以对在所述旋转工作台上一边自转一边旋转的工具基体外加-10～-100V范围内的预定的直流偏电压的状态，在所述薄层B形成用金属Ti的负电极与正电极之间流过100～200A范围内的预定的电流而产生电弧放电，在所述工具基体的表面形成由预定层厚的TiN层构成的薄层B后，

(e)接着，在相同2Pa氮气反应气氛中，薄层A形成用Ti-Al合金的负电极与正电极之间流过相同100～200A范围内的预定的电流而产生电弧放电，形成由目标组成及目标层厚的(Ti_1-XAl_X)N层构成的薄层A后，

(f)将上述(d)，(e)交替反复进行至成为预定的上部层合计层厚，最后，以预定层厚形成由(Ti_1-XAl_X)N层构成的最外层，事先在所述工具基体的表面以同样地在表2所示的上部层总计层厚蒸镀形成沿层厚方向由表2所示的目标组成及一层目标层厚的薄层A与薄层B的交替叠层构成的上部层(其中，上部层的最外层由TiAlN层构成)。

接着，对蒸镀形成由上述下部层及上部层构成的硬质包覆层的工具基体通过如下方法分别制造了表2所示的本发明包覆cBN基烧结工具1～10，即以相对于前刀面为43～47°的倾斜角对硬质包覆层进行湿式喷砂处理(介质：氧化铝粒子(粒径20μm)，喷砂压力：0.1MPa，喷砂时间：10sec，刀片转速：60rpm)，去除在珩磨面与后刀面的棱线部中的最外层，对该棱线部露出形成薄层A与薄层B的交替叠层截面结构。

以比较的目的，对上述工具基体A～J的各自分别制造了蒸镀形成与本发明包覆cBN基烧结工具1～10相同的硬质包覆层的以往包覆cBN基烧结工具1～10。

即，在以往包覆cBN基烧结工具1～10中，不施加湿式喷砂处理，硬质包覆层的层厚对后刀面、前刀面、珩磨面的任意一个面也都是相同厚度，而且，薄层A和薄层B在任意一个部位也确实交替叠层，没有露出形成交替叠层截面结构的部位。

为了参考，使用工具基体A、B形成了所述专利文献2中记载的结构的硬质包覆层。

即，对工具基体A以3μm的层厚包覆TiN层的单层的同时，在珩磨面与后刀面的棱线部中，制作了施加湿式喷砂处理的参考包覆cBN基烧结工具1。

而且，对工具基体B以3μm的层厚包覆TiAlN(Ti50原子％-Al50原子％)层的单层的同时，在珩磨面与后刀面的棱线部中，制作了施加湿式喷砂处理的参考包覆cBN基烧结工具2。

对上述制作的各包覆cBN基烧结工具的表面包覆层，通过利用透射式电子显微镜的能量分散型X射线分析法测量其组成，其结果示出与各种目标组成实际上相同的组成，并且，使用透过型电子显微镜截面测量其平均层厚，其结果，均示出与目标层厚实际上相同的平均值(5个部位的平均值)。

接着，在均以使用固定夹具将上述各种包覆cBN基烧结工具拧紧于工具钢制车刀的前端部的状态，对本发明包覆cBN基烧结工具1～10、以往包覆cBN基烧结工具1～10及参考包覆cBN基烧结工具1、2用以下的切削条件A～C实施了高速断续切削试验。

[切削条件A]

被切削材料：JIS SCM420(硬度：HRC60)长度方向等间隔有4条纵槽的圆棒，

切削速度：250m/min，

吃刀深度：0.2mm，

给料速度：0.11mm/rev.，

切削时间：8分钟，

在以上的条件下进行渗碳淬火合金钢的干式高速断续切削加工试验(一般的切削速度是120m/min.)，

[切削条件B]

被切削材料：JIS SCr420(硬度：HRC61)的长度方向等间隔有4条纵槽的圆棒，

切削速度：270m/min.，

吃刀深度：0.16mm，

给料速度：0.10mm/rev.，

切削时间：8分钟，

在以上的条件下进行渗碳淬火铬钢的干式高速断续切削加工试验(一般的切削速度是120m/min.)，

[切削条件C]

被切削材料：JIS SUJ2(硬度：HRC61)的长度方向等间隔有4条纵槽的圆棒，

切削速度：260m/min.，

吃刀深度：0.20mm，

给料速度：0.11mm/rev.，

切削时间：8分钟，

在以上的条件下进行淬火轴承钢的干式高速断续切削加工试验(一般的切削速度是120m/min.)，

并且，测量上述的各切削加工试验中的刀刃的后刀面磨损宽度(mm)。将该测量结果示于表4。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

从表2～4所示的结果明确了如下内容：本发明包覆cBN基烧结工具其硬质包覆层由下部层、薄层A与薄层B的交替叠层结构构成，并且，尤其在珩磨面与后刀面的棱线部中不存在最外层，露出形成薄层A与薄层B的交替叠层截面结构，由此硬质包覆层作为整体具备优异的高温强度、高温硬度、耐氧化性、韧性、耐冲击性的同时，在珩磨面与后刀面的棱线部中，尤其具有优异的耐熔敷性、强度，因此即使在合金工具钢或轴承钢的淬火材料等的高硬度材料的高速断续切削中使用时，也不会在硬质包覆层产生从刀刃部的剥离、边界异常损伤等，经长期使用也发挥优异的耐磨性。

与此相反，在珩磨面与后刀面的棱线部未露出形成交替叠层截面结构的以往包覆cBN基烧结工具，或者在珩磨面与后刀面的棱线部中硬质包覆层为单层且未露出交替叠层膜的参考包覆cBN基烧结工具中，因硬质包覆层的熔敷、韧性、耐冲击性不足等，在刀尖产生剥离或边界异常损伤，在比较短时间内达到使用寿命。

工业实用性

如上所述，该发明的包覆cBN基烧结工具，在各种钢或者铸铁等的一般的切削条件下的切削加工自不必说，尤其在合金工具钢或轴承钢的淬火材料等的高硬度材料的高速断续切削中，所述硬质包覆层在珩磨面与后刀面的棱线部中，尤其具有优异的耐熔敷性和强度，所以经长期使用也发挥优异的切削性能，因此能够充分满足地对应切削加工装置的高性能化、切削加工的省力化、及节能化、及低成本化。

Claims (1)

1.一种表面包覆立方晶氮化硼基超高压烧结材料制切削工具，在由含有50～85体积％的立方晶氮化硼的立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体表面上，蒸镀形成由下部层和上部层构成的硬质包覆层，其特征在于，

(a)上述工具基体具有珩磨形状，所述珩磨形状从前刀面方向观察珩磨的宽度为0.03～0.3mm，珩磨角度与前刀面形成的角度为10～35度的范围内，

(b)上述硬质包覆层的下部层由Ti与Al的复合氮化物层构成，所述Ti和Al的复合氮化物层以如下组合式表示时，具有原子比X为0.3～0.6的0.5～4μm的平均层厚，

组合式：(Ti_1-XAl_X)N

(c)上述硬质包覆层的上部层由各自一层平均层厚为0.03～0.3μm的薄层A与薄层B的交替叠层结构构成，

上述薄层A为上述Ti与Al的复合氮化物层，

上述薄层B为Ti的氮化物层，

(d)上述上部层的最外层除了珩磨面与后刀面的棱线部以外由平均层厚为0.1～0.8μm的上述Ti与Al的复合氮化物层构成，另一方面，珩磨面与后刀面的棱线部中，不存在上述最外层，而露出形成有上述薄层A与薄层B的交替叠层截面结构。