CN102596456B - 耐崩刀性优异的表面包覆切削工具 - Google Patents

耐崩刀性优异的表面包覆切削工具 Download PDF

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Abstract

本发明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的表面包覆切削工具。在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体表面上蒸镀形成包括下部层(Ti化合物层)与上部层(Al2O3层)的硬质包覆层的表面包覆切削工具中，存在于所述下部层和所述上部层的邻接界面的所述Ti化合物层侧的晶粒数a和所述Al2O3层侧的晶粒数b的比率b/a为4＜b/a＜20，进一步地，所述Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.5μm以下。

Description

耐崩刀性优异的表面包覆切削工具
技术领域
本发明涉及表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)，即使在伴随高热产生且特别是向刀刃施加断断续续的负荷的高速断续切削条件下，对例如钢或铸铁等被切削材料进行切削加工时，硬质包覆层由于具有优异的层间密合强度，不会在刀刃发生崩刀(微小缺口)，经长期使用发挥优异的切削性能。
本申请基于2009年10月30日在日本申请的日本特愿2009-250199号、2010年3月23日在日本申请的日本特愿2010-65527号、2010年10月6日在日本申请的日本特愿2010-226353号以及2010年10月6日在日本申请的日本特愿2010-226354号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
目前，在碳化钨基硬质合金制基体(以下称为硬质合金基体)或者TiCN基金属陶瓷基体(以下称为金属陶瓷基体。而且，将硬质合金基体和金属陶瓷基体统称为工具基体)的表面，蒸镀形成有包含以下的下部层(a)、上部层(b)的硬质包覆层的包覆工具广为人知(例如专利文献1)。
(a)下部层：具有3～20μm整体平均层厚的包含TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层以及TiCNO层中的1层或2层以上的Ti化合物层。
(b)上部层：具有1～15μm的平均层厚，在被化学蒸镀形成的状态下具有α型结晶结构的氧化铝(以下以Al2O3表示)层。
已知该包覆工具在钢或铸铁等的切削加工中发挥优异的耐磨损性。
而且，还知道为了提高包覆工具的耐破损性、耐冲击性、耐磨损性等，构成硬质包覆层的下部层的TiCN层的粒子宽度设为0.01～0.5μm的包覆工具(例如专利文献2)。
专利文献1：日本特公昭50-14237号公报
专利文献2：日本特开2007-260851号公报
近年来对切削加工的省力化和节能化的要求变强，随之，切削加工越来越有高速化、高效率化的趋势，而另一方面，从实现工具寿命的延长化的观点考虑还要求硬质包覆层的厚膜化，但在使用形成了含有作为下部层的Ti化合物层、作为上部层的Al2O3层的硬质包覆层的现有包覆工具进行钢或铸铁的高速断续切削加工时，硬质包覆层会产生微小崩刀、层间剥离等，因此目前的现状是在较短时间内达到使用寿命。
发明内容
因此，本发明人为了改善包覆工具的耐崩刀性、耐剥离性，对硬质包覆层的层结构进行深入研究的结果，得到了如下见解。
包覆工具的硬质包覆层之中，由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层中的1层或2层以上形成的Ti化合物层构成的下部层，通过其自身具备的优异的高温强度有助于提高硬质包覆层的高温强度，而且，Al2O3层构成的上部层由于耐氧化性和热稳定性优异、进而具有高硬度，但在伴随高热产生、特别是在高负荷断断续续地作用于刀刃的高速断续切削中，由于下部层-上部层间的密合强度不充分，成为发生微小崩刀、层间剥离的主要原因。
因此，为了提高下部层-上部层的界面密合强度，对于两层的密合界面区域的改性进行多次实验的结果，发现通过改善下部层与上部层邻接的界面的晶粒结构，可提高下部层与上部层的界面密合强度。
具体地，Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径设为0.5μm以下，并且以存在于下部层与上部层邻接的界面的、下部层侧的晶粒(Ti化合物)数a1与上部层侧的晶粒(Al2O3)数b1的比率b1/a1满足4<b1/a1<20的方式蒸镀形成下部层及上部层时，能缓和下部层与上部层的界面发生的变形，由此下部层-上部层界面的层间密合性得到提高。
并且，为了提高下部层-上部层的界面密合强度，对于两层的密合界面区域的改性进一步进行多次实验的结果发现，将工具区域分为包括切削刃部1、后刀面部2及前刀面部3的三个区域时，通过在该每个区域改善下部层与上部层邻接的界面的晶粒结构，下部层与上部层的界面密合强度得到提高。
具体地，在切削刃部1中，将构成Al2O3层正下方的第二下部层的Ti化合物层的平均粒径设为0.1μm以下，并且以存在于第二下部层与第二上部层邻接的界面的下部层侧的晶粒(Ti化合物)数a2和上部层侧的晶粒(Al2O3)数b2的比率b2/a2满足0.8<b2/a2<1.2的方式蒸镀形成第二下部层及第二上部层，同时在后刀面部2及前刀面部3中，将构成Al2O3层正下方的第一下部层的Ti化合物层的平均粒径设为0.1～0.5μm，并且以存在于下部层与上部层邻接的界面的第一下部层侧的晶粒(Ti化合物)数a1和上部层侧的晶粒(Al2O3)数b1的比率b1/a1满足4<b1/a1<20的方式蒸镀形成下部层及上部层，从而在整个工具区域可缓和发生于下部层与上部层的界面的变形，下部层-上部层界面的层间密合性得到提高。
于是，作为它们的结果发现了即使在伴随高热产生、且特别是高负荷断断续续地作用于刀刃的高速断续切削加工中，也不会发生崩刀、剥离，经长期使用可发挥优异的耐磨损性。
本发明的一方案为表面包覆切削工具，具备：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；和蒸镀在所述工具基体表面的至少一部分的第一硬质包覆层，所述第一硬质包覆层具备：蒸镀在所述工具基体表面的第一下部层；和蒸镀在所述第一下部层表面的第一上部层，所述第一下部层含有Ti碳化物层、Ti氮化物层、Ti碳氮化物层、Ti碳氧化物层及Ti碳氮氧化物层中的1层或2层以上的Ti化合物层，所述第一上部层含有Al2O3层，存在于所述第一下部层与所述第一上部层邻接的界面的所述Ti化合物层侧的晶粒数a和所述Al2O3层侧的晶粒数b的比率b/a满足4<b/a<20，所述Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.5μm以下。
本发明的表面包覆切削工具中，也可以将工具区域分为包括切削刃部1、后刀面部2及前刀面部3的三个区域时，进一步具备蒸镀在所述工具基体的切削刃部1表面的第二硬质包覆层，所述第二硬质包覆层具备：蒸镀在所述工具基体的切削刃部1表面的第二下部层；和蒸镀在所述第二下部层表面的第二上部层，所述第二下部层含有Ti碳化物层、Ti氮化物层、Ti碳氮化物层、Ti碳氧化物层及Ti碳氮氧化物层中的1层或2层以上，所述第二上部层含有具有α型结晶结构的Al2O3层，存在于所述第二下部层与所述第二上部层邻接的界面的所述Ti化合物层侧的晶粒数a2和所述Al2O3层侧的晶粒数b2的比率b2/a2满足0.8<b2/a2<1.2，所述第一上部层所含的Al2O3层正下方的所述第二下部层所含的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.1μm以下，所述第一硬质包覆层包覆着所述工具基体的后刀面部2及前刀面部3。
所述第一下部层的整体平均层厚可以为3～20μm，所述第一上部层的平均层厚可以为1～15μm。
所述第二下部层的整体平均层厚可以为3～20μm，所述第二上部层的平均层厚可以为1～15μm。
所述第一下部层所含的所述Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径可以为0.1～0.5μm。
以下对本发明的第一硬质包覆层所包括的第一下部层及第一上部层进行详细说明。
(a)第一下部层(Ti化合物层)
第一下部层为含有Ti碳化物(TiC)层、Ti氮化物(TiN)层、Ti碳氮化物(TiCN)层、Ti碳氧化物(TiCO)层及Ti碳氮氧化物(TiCNO)层中的1层或2层以上的Ti化合物层。第一下部层作为第一硬质包覆层的下部层存在，通过自身所具备的优异的高温强度有助于提高硬质包覆层的高温强度。第一下部层的总平均层厚不足3μm时，无法充分发挥上述作用。另一方面，其总平均层厚超过20μm时，特别是在伴随高热产生的高速断续切削中易引起热塑性变形，成为不均匀磨损的原因。因此，将其平均层厚规定为3～20μm。第一下部层的更优选平均层厚为5～15μm。第一下部层的进一步更优选平均层厚为7～10μm。
对于第一下部层，上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径超过0.5μm时，上部层(Al2O3层)与上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的层间密合性降低。其结果，表面包覆工具的耐崩刀性劣化。基于以上原因，上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径规定为0.5μm以下。上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的晶粒的更优选平均粒径为0.3μm以下。
所谓平均粒径，由透射型电子显微镜的截面观察，在与硬质合金基体表面平行的方向上距离50μm处划线，数出与Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的晶界的交点，从这些线段长度的平均求出粒径。
(b)第一上部层(Al2O3层)
第一上部层为在上述第一下部层表面上被蒸镀的Al2O3层。第一上部层的高温硬度及耐热性优异，在伴随高热产生的高速断续切削加工中，作为基本作用有助于维持耐磨损性。
在含Ti化合物层的第一下部层表面，例如按照以下顺序进行Al2O3蒸镀前处理，接着在通常条件下使Al2O3层成膜，可形成满足在本发明的一方案中规定的条件的Al2O3层。
Al2O3蒸镀前处理包括以下的第1阶段～第4阶段。
《第1阶段》
反应气体(容量％)：AlCl30.5～2％、剩余为Ar、
气氛压力：30～100Torr、
处理温度：750～1000℃、
处理时间：1～3min.、
的条件下进行第一下部层的表面改性。
《第2阶段》
在维持
气氛压力：30～100Torr、
气氛温度：750～1000℃、
的状态下用1～3分钟通过Ar气体吹扫炉内气体。
《第3阶段》
反应气体(容量％)：CO21～10％、剩余为Ar、
气氛压力：30～100Torr、
处理温度：750～1000℃、
处理时间：5～20min.、的条件(随着时间经过，反应气体中的CO2的含有比例渐渐减少)下进行氧化处理。
《第4阶段》
在维持
气氛压力：30～100Torr、
气氛温度：750～1000℃、的状态下用1～3分钟通过Ar气体吹扫炉内气体。
在进行上述包括四个阶段的Al2O3蒸镀前处理之后，通过通常的成膜法使Al2O3层成膜，在第一下部层表面蒸镀满足本发明的一方案中规定的条件的Al2O3层。其结果，可蒸镀形成具备如下界面形态的第一上部层。即，该界面形态为当求出与工具基体表面垂直方向的截面中的、存在于下部层(Ti化合物层)与上部层(Al2O3层)邻接的界面的第一下部层侧的Ti化合物晶粒数a1和第一上部层侧的Al2O3晶粒数b1的比率b1/a1时，b1/a1为4以上且20以下。
存在于第一下部层(Ti化合物层)与第一上部层(Al2O3层)邻接的界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a1与上部层侧的Al2O3晶粒数b1的测定可如下进行：对下部层-上部层之间的界面中的10处，使用透射型电子显微镜，进行基于50000倍的暗视野观察的截面测定，将与硬质合金基体表面平行的直线距离设为25μm测定宽度，分别计数存在于该范围内的与Al2O3粒子具有界面的Ti化合物粒子数及与Ti化合物粒子具有界面的Al2O3粒子数来求出。
对于上述a1、b1的比值b1/a1，当b1/a1为4以下时，变得无法充分缓和第一下部层-第一上部层界面中的错配(ミスフィット)。另一方面，b1/a1超过20时，Al2O3内的粒子间变形增大，不能发挥优异的层间密合性。基于以上原因，b1/a1规定为4<b1/a1<20。
含有具备这种界面形态的第一上部层及第一下部层的本发明的第一硬质包覆层通过缓和界面变形，具有优异的层间密合性。其结果，本发明的一方案的表面包覆切削工具中，高速断续切削加工中的微小崩刀的发生、剥离的发生可得到抑制。
第一上部层的平均层厚不足1μm时，无法在经长期使用中充分发挥耐磨损性，会导致缩短工具寿命。另一方面，第一上部层的平均层厚超过15μm时，在切削刃部1容易发生崩刀、破损、剥离等。基于以上原因，第一上部层的平均层厚规定为1～15μm。第一上部层的更优选平均层厚为3～12μm。第一上部层的进一步更优选的平均层厚为5～10μm。
以下对本发明的第二硬质包覆层所含的第二下部层及第二上部层进行详细说明。
(a)第二下部层(Ti化合物层)
第二下部层为包括Ti的碳化物(TiC)层、Ti氮化物(TiN)层、Ti碳氮化物(TiCN)层、Ti碳氧化物(TiCO)层及Ti碳氮氧化物(TiCNO)层中的1层或2层以上的Ti化合物层。第二下部层作为第二硬质包覆层的下部层存在，通过自身所具备的优异的高温强度有助于提高硬质包覆层的高温强度。第二下部层的总平均层厚不足3μm时，无法充分发挥上述作用。另一方面，其总平均层厚超过20μm时，特别是在伴随高热产生、高负荷断断续续地作用于刀刃的高速断续切削中，易引起热塑性变形，成为不均匀磨损的原因。因此，其平均层厚规定为3～20μm。第二下部层的更优选平均层厚为5～15μm。第二下部层的进一步更优选平均层厚为7～10μm。
在具备第二硬质包覆层的切削刃部1中，Al2O3层正下方的Ti化合物层的平均粒径超过0.1μm时，上部层(Al2O3层)与上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的层间密合性降低，耐崩刀性劣化。基于以上原因，第二硬质包覆层中，Al2O3层正下方的Ti化合物层的平均粒径规定为0.1μm以下。对于这种切削刃部，可以将上述第一硬质包覆层包覆到后刀面部2及前刀面部3，但该情况下，在后刀面部2及前刀面部3中，若Al2O3层正下方的Ti化合物层的平均粒径超过0.5μm，则上部层(Al2O3层)与上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的层间密合性降低，耐崩刀性劣化。另一方面，若Al2O3层正下方的Ti化合物层的平均粒径小于0.1μm，则晶粒变得粗大，高温强度降低，耐破损性、耐冲击性、耐磨损性降低，因此Al2O3层正下方的Ti化合物层的平均粒径优选为0.1～0.5μm。
在此，为了使切削刃部1、后刀面部2及前刀面部3在上述范围内，在工具基体上，除切削刃部1以外的部分用硬质聚氨酯橡胶等覆盖，仅对切削刃部1实施湿式喷砂处理，使工具基体的切削刃部1的表面粗糙度为Ra：0.2μm以下。湿式喷砂处理的加工条件为，作为喷射研磨剂喷射以与水的总量中所占的比例为15～60质量％的比例配合了氧化铝微粒的研磨液。
(b)第二上部层(Al2O3层)
第二上部层为在上述第二下部层表面上被蒸镀的Al2O3层。第二上部层的高温硬度及耐热性优异，在伴随高热产生、高负荷断断续续地作用于刀刃的高速切削加工中，作为基本作用有助于维持耐磨损性。
在含Ti化合物层的第二下部层表面例如按照以下顺序进行Al2O3蒸镀前处理，接着在通常条件下使Al2O3层成膜，从而可形成满足本发明的另一方案中规定的条件的Al2O3层。
Al2O3蒸镀前处理包括以下的第1阶段～第4阶段。
《第1阶段》
反应气体(容量％)：AlCl30.5～2％、剩余为Ar、
气氛压力：30～100Torr、
处理温度：750～1000℃、
处理时间：1～3min.、的条件下，进行第二下部层的表面改性。
《第2阶段》
在维持
气氛压力：30～100Torr、
气氛温度：750～1000℃、的状态下，用1～3分钟通过Ar气体吹扫炉内气体。
《第3阶段》
反应气体(容量％)：CO21～10％、剩余为Ar、
气氛压力：30～100Torr、
处理温度：750～1000℃、
处理时间：5～20min.、的条件(随着时间经过，反应气体中的CO2的含有比例渐渐减少)下进行氧化处理。
《第4阶段》
在维持
气氛压力：30～100Torr、
气氛温度：750～1000℃、的状态下，用1～3分钟通过Ar气体吹扫炉内气体。
在进行上述包括四个阶段的Al2O3蒸镀前处理之后，通过通常的成膜法使Al2O3层成膜，在第二下部层表面上蒸镀满足本发明的另一方案中规定的条件的Al2O3层。其结果，在切削刃部1中，可蒸镀形成具备如下界面形态的第二上部层。即，该界面形态为当求出与工具基体表面垂直方向的截面中的、存在于下部层(Ti化合物层)与上部层(Al2O3层)邻接的界面的第二下部层侧的Ti化合物晶粒数a2和第二上部层侧的Al2O3晶粒数b2的比率b2/a2时，b2/a2为0.8以上且1.2以下。
对于上述a2、b2的比值b2/a2，当b2/a2为0.8以下时，变得无法充分缓和切削刃部1的下部层-上部层界面中的错配。另一方面，b2/a2超过1.2时，Al2O3内的粒子间变形增大，不能发挥优异的层间密合性。基于以上原因，b2/a2规定为0.8<b2/a2<1.2。
在此，存在于第二下部层(Ti化合物层)与第二上部层(Al2O3层)邻接的界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a2与上部层侧的Al2O3晶粒数b2的测定可如下进行：对下部层-上部层之间的界面中的10处，使用透射型电子显微镜，进行基于50000倍的暗视野观察的截面测定，将与硬质合金基体表面平行的直线距离设为25μm测定宽度，分别计数存在于该范围内的与Al2O3粒子具有界面的Ti化合物粒子数及与Ti化合物粒子具有界面的Al2O3粒子数来求出。
含有具备这种界面形态的第二上部层及第二下部层的本发明的第二硬质包覆层通过缓和界面变形，具有优异的层间密合性。其结果，本发明的另一方案的表面包覆切削工具中，高速断续切削加工中的微小崩刀的发生、剥离的发生可得到抑制。
第二上部层的平均层厚不足1μm时，无法在经长期使用中充分发挥耐磨损性，会导致缩短工具寿命。另一方面，第二上部层的平均层厚超过15μm时，在切削刃部1容易发生崩刀、破损、剥离等。基于以上原因，第二上部层的平均层厚规定为1～15μm。第二上部层的更优选平均层厚为3～12μm。第二上部层的进一步更优选的平均层厚为5～10μm。
本发明的一方案的包覆工具为作为硬质包覆层蒸镀形成了含Ti化合物层的第一下部层和含Al2O3层的第一上部层。界面结构以存在于第一下部层与第一上部层的邻接界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a1和上部层侧的Al2O3晶粒数b1的比率b1/a1满足4<b1/a1<20的方式来构成。进一步地，第一上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径设为0.5μm以下。
通过具有以上的构成，特别提高第一下部层与第一上部层间的层间密合性。其结果，即使用于伴随高热产生、高负荷作用于刀刃的高速断续切削加工、例如对钢或铸铁等的高速断续切削加工中时，由于硬质包覆层具有优异的层间密合强度，能够减少刀刃中的微小崩刀、剥离等的发生。由此，本发明的第一方案的包覆工具经长期使用发挥优异的耐磨损性。
本发明的另一方案的包覆工具在上述第一硬质包覆层基础上，进一步在工具基体上作为第二硬质包覆层蒸镀形成了含Ti化合物层的第二下部层和含Al2O3层的第二上部层。
在切削刃部1中，界面结构以存在于第二下部层与第二上部层的邻接界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a2与上部层侧的Al2O3晶粒数b2的比率b2/a2满足0.8<b2/a2<1.2的方式来构成。进一步地，Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径设为0.1μm以下。
后刀面部2及前刀面部3中，界面结构以存在于第一下部层与第一上部层的邻接界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a1与上部层侧的Al2O3晶粒数b1的比率b1/a1满足4<b1/a1<20的方式来构成。进一步地，Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径设为0.1～0.5μm。
通过具有以上构成，特别提高第一下部层与第一上部层间的层间密合性。其结果，即使用于伴随高热产生、在切削刃部1有高负荷断断续续地作用的高速断续切削加工、例如对钢或铸铁等的高速断续切削加工时，由于硬质包覆层具有优异的层间密合强度，可减少切削刃部1中的微小崩刀、剥离等的发生。由此，本发明的第二方案的包覆工具经长期使用可发挥优异的耐磨损性。
附图说明
图1表示将切削工具相对于切削刃的棱线直角切入时的剖面图以及切削工具表面中的对应于后刀面、切削刃部1及前刀面的区域。
图2表示本发明包覆工具A6的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图和a1、b1、b1/a1的值。
图3表示现有包覆工具A8的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图和a1、b1、b1/a1的值。
图4表示本发明包覆工具B1的切削刃部1中的第二下部层与第二上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
图5表示本发明包覆工具B1的后刀面部2中的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
图6表示现有包覆工具B1的切削刃部1中的第二下部层与第二上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
图7表示现有包覆工具B1的后刀面部2中的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
具体实施方式
接着，通过实施例1及实施例2对本发明的包覆工具进行具体说明。
实施例1
作为WC基硬质合金制切削工具基体的原料粉末，准备均具有2～4μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末及Co粉末，将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成。接着，添加蜡并在丙酮中用球磨机混合24小时，进行减压干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为规定形状的压坯。接着，将该压坯在5Pa的真空中，在1370～1470℃范围内的规定温度保持1小时的条件下进行真空烧结。烧结后，通过对切削刃部实施R：0.07mm的刃口修磨加工，分别制造了具有由ISO·CNMG160412规定的可转位刀片形状的WC基硬质合金制的工具基体1A～1F。
作为TiCN基金属陶瓷制切削工具基体的原料粉末，使用均具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(以质量比计TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末。接着，将这些原料粉末配合成表2所示的配合组成，用球磨机湿式混合24小时，干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为压坯。接着，将该压坯在1.3kPa的氮气气氛中、温度1540℃的条件下，保持1小时进行烧结。烧结后，通过对切削刃部实施R：0.07mm的刃口修磨加工，形成具有由ISO·CNMG160412规定的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制工具基体1a～1f。
接着，将这些工具基体1A～1F及工具基体1a～1f分别装入通常的化学蒸镀装置中，在表3(表3中的l-TiCN表示记载在日本特开平6-8010号公报中的具有纵长成长结晶组织的TiCN层的形成条件，除此之外表示通常的粒状结晶组织的形成条件)所示的条件下，以表6所示的组合及目标层厚将Ti化合物层蒸镀形成为第一硬质包覆层的第一下部层。
接着，在表4所示的条件下，在第一下部层的表面实施Al2O3蒸镀前处理。
接着，在表3所示的条件下，以表5所示的组合及目标层厚将Al2O3层蒸镀形成为第一上部层，分别制造了本发明包覆工具A1～A13。
为了比较，在下部层的表面不实施Al2O3蒸镀前处理之外，与本发明包覆工具A1～A13完全同样地进行，蒸镀形成第一下部层(Ti化合物层)及第一上部层(Al2O3层)，从而分别制造了表6所示的现有包覆工具A1～A13。
接着，对上述本发明包覆工具A1～A13和现有包覆工具A1～A13的第一硬质包覆层的下部层与上部层之间的界面附近的10处，通过透射型电子显微镜(50000倍)进行基于暗视野观察的截面测定，将与硬质合金基体表面平行的直线距离设为25μm测定宽度，计数存在于其范围内的与Al2O3粒子具有界面的Ti化合物粒子数a1及与Ti化合物粒子具有界面的Al2O3粒子数b1。由如此得到的a1及b1求出b1/a1的值。
表5中示出了在上述测定中测定的a1及b1、以及由它们得到的b1/a1的值。
图2中示出了本发明包覆工具A6的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图以及a1、b1和b1/a1的值。第一下部层粒子数＝6粒、第一上部层粒子数＝24粒，b1/a1＝4。
图3中示出了现有包覆工具A8的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图以及a1、b1和b1/a1的值。第一下部层粒子数＝9粒、第一上部层粒子数＝20粒，b1/a1＝2.2。
对于本发明包覆工具A1～A13及现有包覆工具A1～A13的硬质包覆层的下部层的Ti化合物，由透射型电子显微镜的截面观察，在与硬质合金基体表面平行的方向上距离50μm处划线，数出与上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的晶粒的晶界的交点，由这些线段长度的平均求出平均粒径。
表5中示出了测定的平均粒径。
进一步地，对本发明包覆工具A1～A13及现有包覆工具A1～A13的硬质包覆层的各构成层的厚度用扫描型电子显微镜进行测定(纵截面测定)。其结果，硬质包覆层的各构成层的厚度均为与目标层厚实质上相同的平均层厚(测定五个点的平均值)。
接着，对上述本发明包覆工具A1～A13及现有包覆工具A1～A13，在以下所述的三种条件下，进行碳钢的干式高速断续切削试验。所有的试验都在使用固定夹具将包覆工具用螺钉固定于工具钢制车刀的前端部的状态下进行。
[切削条件1A]
被切削材料：JIS·SNCM420的长度方向等间隔地有4条纵向槽的圆杆、
切削速度：375m/min.、
切削深度：2.4mm、
进给速度：0.22mm/rev.、
切削时间：5分钟、的条件下，进行镍铬钼钢的干式高速断续切削试验(通常的切削速度为200m/min.)。
[切削条件1B]
被切削材料：JIS·FCD500的长度方向等间隔地有4条纵向槽的圆杆、
切削速度：365m/min.、
切削深度：2.45mm、
进给速度：0.31mm/rev.、
切削时间：5分钟、的条件下，进行铸铁的干式高速断续切削试验(通常的切削速度为180m/min.)。
[切削条件1C]
被切削材料：JIS·S30C的长度方向等间隔地有4条纵向槽的圆杆、
切削速度：370m/min.、
切削深度：1.55mm、
进给速度：0.47mm/rev.、
切削时间：5分钟、的条件下，进行碳钢的干式高速断续切削试验(通常的切削速度为250m/min.)。
在所有的切削试验中测定了刀刃的后刀面磨损宽度。
该测定结果示于表7中。
[表1]
[表2]
[表4]
[表5]
(另外，下部层栏的括号内数字表示目标层厚。)
[表6]
[表7]
(表中，现有包覆工具的切削试验结果表示由于发生在硬质包覆层上的微小崩刀、缺损、剥离等原因达到使用寿命为止的切削时间(分钟))
由表5所示的结果示出，本发明包覆工具A1～A13构成了存在于第一下部层与第一上部层的邻接界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a1与上部层侧的Al2O3晶粒数b1的比率b1/a1满足4<b1/a1<20的界面结构，进一步地，上部层(Al2O3层)正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.5μm以下。
由表7所示的结果示出，下部层与上部层间的层间密合性得到了特别提高，其结果，即使用于伴随高热产生、高负荷作用于刀刃的高速断续切削加工时，硬质包覆层也具有优异的层间密合强度，因此不会在刀刃发生微小崩刀、剥离等，经长期使用本发明包覆切削工具发挥优异的耐磨损性。
由表6及表7所示的结果示出，在硬质包覆层的下部层与上部层之间没有形成如本发明的界面结构的现有包覆工具A1～A13中，在高速断续切削条件下，硬质包覆层的层间密合强度不充分，因此在硬质包覆层发生微小崩刀、破损、剥离等，在较短时间内达到了使用寿命。
实施例2
作为WC基硬质合金制切削工具基体的原料粉末，准备均具有2～4μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末及Co粉末，将这些原料粉末配合成表8所示的配合组成。接着，添加蜡并在丙酮中用球磨机混合24小时，进行减压干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为规定形状的压坯。接着，将该压坯在5Pa的真空中，在1370～1470℃范围内的规定温度保持1小时的条件下进行真空烧结。烧结后，通过对切削刃部1实施R：0.07mm的刃口修磨加工，分别制造了具有由ISO·CNMG160412规定的可转位刀片形状的WC基硬质合金制的工具基体2A～2F。
作为TiCN基金属陶瓷制切削工具基体的原料粉末，使用均具有0.5～2μm的平均粒径的TiCN(以质量比计TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末。接着，将这些原料粉末配合成表9所示的配合组成，用球磨机湿式混合24小时，干燥之后，以98MPa的压力冲压成型为压坯。接着，将该压坯在1.3kPa的氮气气氛中、温度1540℃的条件下，保持1小时进行烧结。烧结后，通过对切削刃部1实施R：0.07mm的刃口修磨加工，形成具有由ISO·CNMG160412规定的刀片形状的TiCN基金属陶瓷制工具基体2a～2f。
接着，除切削刃部1以外的部分用硬质聚氨酯橡胶等覆盖，仅对切削刃部1实施湿式喷砂处理，该湿式喷砂处理中，喷射以与水的总量中所占的比例为15～60质量％的比例配合了Al2O3微粒的研磨液。
接着，将这些工具基体2A～2F及工具基体2a～2f分别装入通常的化学蒸镀装置中，在表10(表10中的l-TiCN表示记载在日本特开平6-8010号公报中的具有纵长成长结晶组织的TiCN层的形成条件，除此之外表示通常的粒状结晶组织的形成条件)所示的条件下，以表12所示的组合及目标层厚将Ti化合物层蒸镀形成为第二硬质包覆层的第二下部层。
接着，在表11所示的条件下，在第二下部层的表面实施Al2O3蒸镀前处理。
接着，在表10所示的条件下，以表12所示的组合及目标层厚将Al2O3层蒸镀形成为第二上部层，分别制造了本发明包覆工具B1～B13。
为了比较，在工具基体的表面不实施湿式喷砂处理及Al2O3蒸镀前处理，除此之外与本发明包覆工具B1～B13完全同样地进行，蒸镀形成下部层(Ti化合物层)及上部层(Al2O3层)，从而分别制造了表13所示的现有包覆工具B1～B13。
接着，在上述本发明包覆工具B1～B13和现有包覆工具B1～B13的硬质包覆层的切削刃部1和后刀面部2中，对下部层与上部层之间的界面附近的10处，通过透射型电子显微镜(50000倍)进行基于暗视野观察的截面测定，将与硬质合金基体表面平行的直线距离设为25μm测定宽度，计数存在于其范围内的与Al2O3粒子具有界面的Ti化合物粒子数a1和a2、以及与Ti化合物粒子具有界面的Al2O3粒子数b1和b2。由如此得到的a1和b1、以及a2和b2求出b1/a1及b2/a2的值。
表12及表13中示出了在上述测定中测定的a1、b1和b1/a1、以及a2、b2和b2/a2的值。能够确认在所有的包覆工具中，后刀面部2和前刀面部3的a1、b1和b1/a1的值都为几乎相同的值，因此仅表示后刀面部2的值，省略了前刀面部3的值。
图1中利用切削工具的截面图，表示出切削刃部1、后刀面部2和前刀面部3。切削刃部1包括切削工具的区域之中的在切削加工时最初接触到对象物的区域，由存在于切削工具后刀面及前刀面之间的曲面构成。
图4中示出了本发明包覆工具B1的切削刃部1中的第二下部层与第二上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
图5中示出了本发明包覆工具B1的后刀面部2中的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
图6中示出了现有包覆工具B1的切削刃部1中的第二下部层与第二上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
图7中示出了现有包覆工具B1的后刀面部2中的第一下部层与第一上部层的界面的由透射型电子显微镜照片制作的界面结构模式图。
对于本发明包覆工具B1～B13及现有包覆工具B1～B13的硬质包覆层的下部层的Ti化合物，由透射型电子显微镜的截面观察，在与硬质合金基体表面平行的方向上距离50μm处划线，数出与Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的晶界的交点，由这些线段长度的平均求出平均粒径。
表12中示出了测定的平均粒径。
进一步地，对本发明包覆工具B1～B13及现有包覆工具B1～B13的硬质包覆层的各构成层的厚度用扫描型电子显微镜进行测定(纵截面测定)。其结果，硬质包覆层的各构成层的厚度均为与目标层厚实质上相同的平均层厚(测定五个点的平均值)。
接着，对上述本发明包覆工具B1～B13及现有包覆工具B1～B13，在以下所述的三种条件下，进行碳钢的干式高速断续切削试验。所有的试验都在使用固定夹具将包覆工具用螺钉固定于工具钢制车刀的前端部的状态下进行。
[切削条件2A]
被切削材料：JIS·SNCM420的长度方向等间隔地有4条纵向槽的圆杆、
切削速度：360m/min.、
切削深度：0.95mm、
进给速度：0.40mm/rev.、
切削时间：15分钟、的条件下，进行镍铬钼钢的干式高速断续切削试验(通常的切削速度为200m/min.)。
[切削条件2B]
被切削材料：JIS·FCD500的长度方向等间隔地有4条纵向槽的圆杆、
切削速度：340m/min.、
切削深度：0.95mm、
进给速度：0.50mm/rev.、
切削时间：15分钟、的条件下，进行球墨铸铁的干式高速断续切削试验(通常的切削速度为180m/min.)。
[切削条件2C]
被切削材料：JIS·S30C的长度方向等间隔地有4条纵向槽的圆杆、
切削速度：385m/min.、
切削深度：0.90mm、
进给速度：0.8mm/rev.、
切削时间：15分钟、的条件下，进行碳钢的干式高速断续切削试验(通常的切削速度为250m/min.)。
在所有的切削试验中测定了刀刃的后刀面磨损宽度。
该测定结果示于表14中。
[表8]
[表9]
[表11]
[表14]
(表中，现有包覆工具的切削试验结果表示由于发生在硬质包覆层上的微小崩刀、缺损、剥离等原因达到使用寿命为止的切削时间(分钟))
由表12所示的结果示出，本发明包覆工具B1～B13在切削刃部1中构成了存在于第二下部层与第二上部层的邻接界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a2与上部层侧的Al2O3晶粒数b2的比率b2/a2满足0.8<b2/a2<1.2的界面结构，而且Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.1μm以下。进一步地，后刀面部2及前刀面部3构成了存在于第一下部层与第一上部层的邻接界面的下部层侧的Ti化合物晶粒数a1与上部层侧的Al2O3晶粒数b1的比率b1/a1满足4<b1/a1<20的界面结构，而且Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.1～0.5μm。
由表14所示的结果示出，下部层与上部层间的层间密合性得到了特别提高，其结果，即使用于钢及铸铁的伴随高热产生、高负荷断断续续地作用于刀刃的高速断续切削加工时，硬质包覆层也具有优异的层间密合强度，因此不会在刀刃发生微小崩刀、剥离等，本发明包覆切削工具经长期使用发挥优异的耐磨损性。
由表13及表14所示的结果示出，在硬质包覆层的下部层与上部层之间没有形成如本发明的界面结构的现有包覆工具B1～B13中，在高速断续切削条件下，硬质包覆层的层间密合强度不充分，因此在硬质包覆层发生微小崩刀、破损、剥离等，在较短时间内达到了使用寿命。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的包覆工具对钢和铸铁等、特别是在伴随高热产生对刀刃有高负荷作用的高速断续切削加工中显示出优异的耐崩刀性、耐磨损性，经长期使用发挥优异的切削性能，因此为能够充分期待切削装置的高性能化以及切削加工的省力化和节能化、进而期待低成本化的包覆工具。
符号说明
1  切削刃部
2  后刀面部
3  前刀面部

Claims (5)

1.一种表面包覆切削工具，具备：
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；和
蒸镀在所述工具基体表面的至少一部分的第一硬质包覆层，
所述第一硬质包覆层具备：
蒸镀在所述工具基体表面的第一下部层；和
蒸镀在所述第一下部层表面的第一上部层，
所述第一下部层含有Ti碳化物层、Ti氮化物层、Ti碳氮化物层、Ti碳氧化物层及Ti碳氮氧化物层中的1层或2层以上的Ti化合物层，
所述第一上部层含有Al2O3层，
存在于所述第一下部层与所述第一上部层邻接的界面的所述Ti化合物层侧的晶粒数a1和所述Al2O3层侧的晶粒数b1的比率b1/a1满足4<b1/a1<20，
所述Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.5μm以下，
所述工具中，将工具区域分为包括切削刃部、后刀面部及前刀面部的三个区域时，进一步具备蒸镀在所述工具基体的切削刃部(1)表面的第二硬质包覆层，
所述第二硬质包覆层具备：蒸镀在所述工具基体的切削刃部(1)表面的第二下部层；和蒸镀在所述第二下部层的表面的第二上部层，
所述第二下部层含有Ti碳化物层、Ti氮化物层、Ti碳氮化物层、Ti碳氧化物层及Ti碳氮氧化物层中的1层或2层以上，
所述第二上部层含有具有α型结晶结构的Al2O3层，
存在于所述第二下部层与所述第二上部层邻接的界面的所述Ti化合物层侧的晶粒数a2和所述Al2O3层侧的晶粒数b2的比率b2/a2满足0.8<b2/a2<1.2，
所述Al2O3层正下方的所述Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.1μm以下，
所述第一硬质包覆层包覆所述工具基体的后刀面部(2)及前刀面部(3)。
2.根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，
所述第一下部层的整体平均层厚为3～20μm，
所述第一上部层的平均层厚为1～15μm。
3.根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，
所述第二下部层的整体平均层厚为3～20μm，
所述第二上部层的平均层厚为1～15μm。
4.根据权利要求2所述的表面包覆切削工具，
所述第二下部层的整体平均层厚为3～20μm，
所述第二上部层的平均层厚为1～15μm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的表面包覆切削工具，
所述第一下部层所含的所述Al2O3层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径为0.1～0.5μm。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101057106B1 (ko) * 2008-10-21 2011-08-16 대구텍 유한회사 절삭 공구 및 이의 표면 처리방법
JP5279099B1 (ja) * 2012-03-14 2013-09-04 住友電工ハードメタル株式会社 切削工具
KR101536462B1 (ko) * 2013-12-23 2015-07-24 한국야금 주식회사 난삭재 및 주철가공 절삭공구용 피막
JP6634647B2 (ja) * 2014-11-27 2020-01-22 三菱マテリアル株式会社 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具
US11517966B2 (en) * 2018-01-29 2022-12-06 Kyocera Corporation Coated tool, and cutting tool comprising same
WO2020111122A1 (ja) * 2018-11-29 2020-06-04 京セラ株式会社 被覆工具およびそれを備えた切削工具
CN112399898A (zh) * 2019-06-13 2021-02-23 住友电工硬质合金株式会社 切削工具
KR102297711B1 (ko) * 2019-12-20 2021-09-03 한국야금 주식회사 경질 피막이 형성된 절삭공구

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4474849A (en) * 1981-10-01 1984-10-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Coated hard alloys
CN1524653A (zh) * 2003-02-28 2004-09-01 �����ۺϲ�����ʽ���� 硬质被覆层发挥耐卷刃性的表面被覆金属陶瓷制切削工具
CN101468401A (zh) * 2007-12-28 2009-07-01 三菱麻铁里亚尔株式会社 硬质包覆层发挥优异耐磨性的表面包覆切削工具

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5014237B1 (zh) 1970-10-26 1975-05-26
JPS57137460A (en) * 1981-02-18 1982-08-25 Sumitomo Electric Ind Ltd Coated superhard alloy tool
US4984940A (en) * 1989-03-17 1991-01-15 Kennametal Inc. Multilayer coated cemented carbide cutting insert
JPH0569204A (ja) * 1991-09-04 1993-03-23 Mitsubishi Materials Corp 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具
JP3052586B2 (ja) 1992-06-25 2000-06-12 三菱マテリアル株式会社 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具
SE509560C2 (sv) * 1996-09-06 1999-02-08 Sandvik Ab Belagt hårdmetallskär för bearbetning av gjutjärn
SE519339C2 (sv) * 2000-11-22 2003-02-18 Sandvik Ab Skärverktyg belagt med aluminiumoxid och sätt att tillverka detsamma
JP4330859B2 (ja) * 2002-09-11 2009-09-16 株式会社タンガロイ 被覆超硬合金およびその製造方法
SE526526C3 (sv) * 2003-04-01 2005-10-26 Sandvik Intellectual Property Sätt att belägga skär med A1203 samt ett med A1203 belagt skärverktyg
SE527349C2 (sv) * 2003-04-24 2006-02-14 Seco Tools Ab Skär med beläggning av skikt av MTCVD-Ti (C,N) med styrd kornstorlek och morfologi och metod för att belägga skäret
JP2005238437A (ja) 2004-01-27 2005-09-08 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層が高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具
WO2005092608A1 (ja) * 2004-03-29 2005-10-06 Kyocera Corporation 表面被覆部材および切削工具
SE529200C2 (sv) * 2005-11-21 2007-05-29 Sandvik Intellectual Property Belagt skär, metod för dess framställning samt användning
JP4844872B2 (ja) 2006-03-27 2011-12-28 三菱マテリアル株式会社 難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削スローアウエイチップの製造方法
JP4854359B2 (ja) 2006-03-29 2012-01-18 京セラ株式会社 表面被覆切削工具
JP2009028861A (ja) 2007-07-27 2009-02-12 Kyocera Corp 切削インサート及びそれを用いた切削工具並びに切削方法
JP5127477B2 (ja) * 2008-01-29 2013-01-23 京セラ株式会社 切削工具

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4474849A (en) * 1981-10-01 1984-10-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Coated hard alloys
CN1524653A (zh) * 2003-02-28 2004-09-01 �����ۺϲ�����ʽ���� 硬质被覆层发挥耐卷刃性的表面被覆金属陶瓷制切削工具
CN101468401A (zh) * 2007-12-28 2009-07-01 三菱麻铁里亚尔株式会社 硬质包覆层发挥优异耐磨性的表面包覆切削工具

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Microstructural investigation of a-Al2O3-epitaxially coated cementedcarbide cutting tools;Toshio Ishii et al.;《Journal of Vacuum Science and Technolgy A 》;20010331;第19卷(第2期);633-639 *
Toshio Ishii et al..Microstructural investigation of a-Al2O3-epitaxially coated cementedcarbide cutting tools.《Journal of Vacuum Science and Technolgy A 》.2001,第19卷(第2期),633-639. *

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Publication number Publication date
KR20140015132A (ko) 2014-02-06
US8758907B2 (en) 2014-06-24
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