CN111655409B - 表面被覆切削工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

该表面被覆切削工具包括基材和被覆基材的覆膜。基材包括前刀面和后刀面。覆膜包括TiCN层。TiCN层在前刀面的区域d1中具有(422)取向，并且在后刀面的区域d2中具有(311)取向。当前刀面和后刀面通过切削刃面而彼此连续时，区域d1是介于前刀面和切削刃面的边界线与假想线D1之间的区域，其中假想线D1在前刀面上并且与假想棱线相隔500μm，并且区域d2是介于后刀面和切削刃面的边界线与假想线D2之间的区域，其中假想线D2位于后刀面上并且与假想棱线相隔500μm。在前刀面和后刀面通过棱线而彼此连续时，区域d1为介于棱线和假想线D1之间的区域，其中假想线D1位于前刀面上并且与棱线相隔500μm，并且区域d2是介于棱线和假想线D2之间的区域，其中假想线D2位于后刀面上并且与棱线相隔500μm。

Description

表面被覆切削工具及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种表面被覆切削工具及其制造方法。本申请要求于2018年3月16日提交的日本专利申请No.2018-049285的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
传统上，已经进行了各种研究以延长切削工具的寿命。例如，日本专利待审查公开No.06-158325(专利文献1)和日本专利待审查公开No.11-124672(专利文献2)各自公开了一种切削工具，该切削工具包括基材和形成在该基材的表面上的覆膜。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利待审查公开No.06-158325
专利文献2：日本专利待审查公开No.11-124672
发明内容
根据本公开的一种表面被覆切削工具是这样一种表面被覆切削工具，包括：基材和被覆基材的覆膜，其中
基材包括前刀面和后刀面，
覆膜包括TiCN层，
TiCN层在前刀面的区域d1中具有(422)取向，
TiCN层在后刀面的区域d2中具有(311)取向，
当前刀面和后刀面通过位于两者之间的切削刃面而彼此连续时，
区域d1是介于假想线D1和边界之间的区域，其中边界在前刀面和切削刃面之间，假想线D1位于前刀面上并且与由前刀面延伸获得的面和由后刀面延伸获得的面相交处的假想棱线相隔500μm，并且
区域d2是介于假想线D2和边界之间的区域，其中边界在后刀面和切削刃面之间，假想线D2位于后刀面上并且与假想棱线相隔500μm，并且
当前刀面和后刀面通过位于二者之间的棱线而彼此连续时，
区域d1是介于棱线和假想线D1之间的区域，其中假想线D1位于前刀面上并且与棱线相隔500μm，并且
区域d2是介于棱线和假想线D2之间的区域，其中假想线D2位于后刀面上并且与棱线相隔500μm。
根据本公开的一种制造表面被覆切削工具的方法是这样一种制造上述表面被覆切削工具的方法，所述方法包括：
准备基材的基材准备步骤；
TiCN层被覆步骤，其中用TiCN层被覆前刀面的至少一部分和后刀面的至少一部分；以及
对后刀面中的TiCN层进行喷丸的喷丸步骤，
其中，TiCN层被覆步骤是通过化学气相沉积进行的，并且包括不连续地供应TiCN层的原料气体。
附图说明
图1为示出了切削工具的一个方面的透视图。
图2为沿着图1中的线X-X截取得到的截面图。
图3为图2的局部放大图。
图4示出了切削刃部分的另一种形状。
图5示出了切削刃部分的又另一种形状。
图6示出了切削刃部分的又另一种形状。
图7为示出了X射线衍射测定中的前刀面或后刀面的测定位置的示意图。
图8为示出了后刀面的区域d2中的各取向面的织构系数的图。
图9为示出了前刀面的区域d1中的各取向面的织构系数的图。
具体实施方式
[本公开待解决的技术问题]
根据专利文献1和专利文献2，通过在基材的表面设置硬质覆膜来提高切削工具的性能(例如耐缺损性或耐磨性)。尽管期望切削工具的前刀面和后刀面具有不同的性能，但是在专利文献1和专利文献2所述的切削工具中，前刀面和后刀面设置有相同性质的覆膜。其结果是，即使通过设置覆膜来提高例如前刀面的性能，后刀面的性能也可能不足。在这种情况下，期望进一步改进在其表面上设置有覆膜的切削工具。
鉴于上述情况而做出本公开，并且本公开的目的在于提供一种耐缺损性优异且在高速加工时耐月牙洼磨损性也优异的表面被覆切削工具及其制造方法。
[本公开的有益效果]
根据以上内容，可以提供一种耐缺损性优异且在高速加工时耐月牙洼磨损性也优异的表面被覆切削工具及其制造方法。
[实施方案的描述]
首先，基于以下所列方面对本公开进行描述。
[1]根据本公开的一个方面的表面被覆切削工具是这样一种表面被覆切削工具，包括：基材和被覆基材的覆膜，其中
基材包括前刀面和后刀面，
覆膜包括TiCN层，
TiCN层在前刀面的区域d1中具有(422)取向，
TiCN层在后刀面的区域d2中具有(311)取向，
当前刀面和后刀面通过位于两者之间的切削刃面而彼此连续时，
区域d1是介于假想线D1和边界之间的区域，其中边界在前刀面和切削刃面之间，假想线D1位于前刀面上并且与由前刀面延伸获得的面和由后刀面延伸获得的面相交处的假想棱线相隔500μm，并且
区域d2是介于假想线D2和边界之间的区域，其中边界在后刀面和切削刃面之间，假想线D2位于后刀面上并且与假想棱线相隔500μm，并且
当前刀面和后刀面通过位于二者之间的棱线而彼此连续时，
区域d1是介于棱线和假想线D1之间的区域，其中假想线D1位于前刀面上并且与棱线相隔500μm，并且
区域d2是介于棱线和假想线D2之间的区域，其中假想线D2位于后刀面上并且与棱线相隔500μm。
具有以上特征的表面被覆切削工具可以同时具有韧性优异的后刀面和硬度优异的前刀面。因此，表面被覆切削工具具有优异的耐缺损性，并且在高速加工时还具有优异的耐月牙洼磨损性。此处，“月牙洼磨损”是指前刀面中的磨损。
[2]TiCN层具有(311)取向是指，在由以下等式(1)定义的织构系数TC(hkl)中，TiCN层中(311)面的织构系数TC(311)大于任何其他晶体取向面的织构系数，并且
TiCN层具有(422)取向是指，在由以下等式(1)定义的织构系数TC(hkl)中，TiCN层中(422)面的织构系数TC(422)大于任何其他晶体取向面的织构系数，
[数学式1]
Figure BDA0002605339690000041
其中
I(hkl)和I(hxkylz)分别表示(hkl)面的测定的衍射强度和(hxkylz)面的测定的衍射强度，
Io(hkl)和Io(hxkylz)分别表示根据JCPDS数据库的(hkl)面的TiC和TiN的粉末衍射强度的平均值和根据JCPDS数据库的(hxkylz)面的TiC和TiN的粉末衍射强度的平均值，并且
(hkl)和(hxkylz)分别代表八个面中的任意一个面，所述八个面包括(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(331)面、(420)面、(422)面和(511)面。
[3]在后刀面的区域d2中，(311)织构系数与(422)织构系数之比TCflank(311)/TCflank(422)大于1。如此限定的比率获得了具有更优异的耐缺损性的表面被覆切削工具。
[4]后刀面的区域d2中的(422)织构系数与前刀面的区域d1中的(422)织构系数之比TCflank(422)/TCrake(422)为1以下。如此限定的比率获得了在高速加工时具有更优异的耐月牙洼磨损性的表面被覆切削工具。
[5]TiCN层的厚度为6μm以上10μm以下。如此限定的TiCN层获得了具有优异的耐磨性和优异的耐缺损性的表面被覆切削工具。
[6]基材包括选自由硬质合金、金属陶瓷、高速钢、陶瓷、cBN烧结体和金刚石烧结体组成的组中的一种。如此限定的基材使得表面被覆切削工具在高温下具有优异的硬度和优异的强度。
[7]当基材为硬质合金时，相对于基材的总质量，基材包含的钴的量为7质量％以上12质量％以下。如此限定的基材获得了具有优异耐磨性和优异耐缺损性的表面被覆切削工具。
[8]覆膜还包括在TiCN层上形成的Al2O3层。如此限定的覆膜获得了具有优异的耐热性和优异的化学稳定性的表面被覆切削工具。
[9]Al2O3层的厚度为0.5μm以上4μm以下。如此限定的Al2O3层获得了具有更优异的耐热性和更优异的化学稳定性的表面被覆切削工具。
[10]根据本公开的一种表面被覆切削工具的制造方法是一种制造根据上述[1]至[7]中任一项所述的表面被覆切削工具的方法，所述方法包括：
准备基材的基材准备步骤；
TiCN层被覆步骤，其中用TiCN层被覆前刀面的至少一部分和后刀面的至少一部分；以及
对后刀面中的TiCN层进行喷丸的喷丸步骤，
其中，TiCN层被覆步骤是通过化学气相沉积进行的，并且包括不连续地供应TiCN层的原料气体。
该方法包括如上所述的步骤，因此能够制造具有优异的耐缺损性并且在高速加工时还具有优异的耐月牙洼磨损性的表面被覆切削工具。
[11]覆膜还包括在TiCN层上形成的Al2O3层，并且所述方法还包括Al2O3层堆叠步骤，其中在TiCN层被覆步骤或喷丸步骤之后将Al2O3层堆叠在TiCN层上。如此限定的方法能够制造具有优异的耐热性和优异的化学稳定性的表面被覆切削工具。
[本公开的实施方案的详述]
下文中，将描述本公开的实施方案(下文中也称为“本实施方案”)。然而，本实施方案不限于此。在用于实施方案的以下描述的附图中，相同的附图标记表示相同的部分或对应的部分。在本说明书中，“A至B”形式的表达是指范围的上限和下限(即，A以上B以下)，并且当A没有任何单位而仅B具有单位时，A具有与B相同的单位。此外，在本说明书中，当化合物由其构成元素比未指定的组成式(化学式)如“TiC”表示时，组成式(或化学式)应包括任何常规已知的组成(或元素比)。组成式(化学式)不仅应包括化学计量组成，还应包括非化学计量组成。例如，组成式(化学式)“TiC”不仅包括化学计量组成“Ti1Cl”，还包括非化学计量组成(例如)“Ti1C0.8”。对“TiC”之外的化合物的说明也相同。
《表面被覆切削工具》
根据本实施方案的表面被覆切削工具是这样一种表面被覆切削工具，包括：基材和被覆基材的覆膜，其中
基材包括前刀面和后刀面，
覆膜包括TiCN层，
TiCN层在前刀面的区域d1中具有(422)取向，
TiCN层在后刀面的区域d2中具有(311)取向，
当前刀面和后刀面通过位于两者之间的切削刃面而彼此连续时，
区域d1是介于假想线D1和边界之间的区域，其中边界在前刀面和切削刃面之间，假想线D1位于前刀面上并且与由前刀面延伸获得的面和由后刀面延伸获得的面相交处的假想棱线相隔500μm，并且
区域d2是介于假想线D2和边界之间的区域，其中边界在后刀面和切削刃面之间，假想线D2位于后刀面上并且与假想棱线相隔500μm，并且
当前刀面和后刀面通过位于二者之间的棱线而彼此连续时，
区域d1是介于棱线和假想线D1之间的区域，其中假想线D1位于前刀面上并且与棱线相隔500μm，并且
区域d2是介于棱线和假想线D2之间的区域，其中假想线D2位于后刀面上并且与棱线相隔500μm。
本实施方案的表面被覆切削工具(以下，也简称为“切削工具”)包括基材和覆盖该基材的覆膜。切削工具可以(例如)是钻头、端铣刀、钻头用可替换切削刀片、端铣刀用可替换切削刀片、铣削用可替换切削刀片、车削用可替换切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀或丝锥。
<基材>
本实施方案的基材可以是任何常规已知的这种基材。例如，该基材优选包括选自由以下组成的组中的一种：硬质合金(例如，碳化钨(WC)基硬质合金、除了包含WC之外还包含Co的硬质合金、除了WC之外还额外包含Cr、Ti、Ta和Nb等的碳氮化物的硬质合金)；金属陶瓷(主要包含TiC、TiN、TiCN等)、高速钢、陶瓷(例如，碳化钛、碳化硅、氮化硅、氮化铝或氧化铝)、立方氮化硼烧结体(cBN烧结体)和金刚石烧结体，更优选包括选自由硬质合金、金属陶瓷和cBN烧结体组成的组中的一种。
在这些各种类型的基材中，特别优选选择WC基硬质合金或金属陶瓷(特别是TiCN基金属陶瓷)。这是因为这些基材在高温下的硬度和强度之间的均衡性十分优异，并且作为用于上述应用的表面被覆切削工具的基材具有优异的特性。
当基材为硬质合金时，相对于基材的总质量，基材优选包含7质量％以上12质量％以下的钴，更优选包含8质量％以上11质量％以下的钴，并且还更优选包含9质量％以上10.5质量％以下的钴。钴的含量比率可以通过(例如)滴定来确定。
基材具有前刀面和后刀面。“前刀面”是指与从工件材料上切去的切屑发生刮擦的面。“后刀面”是指其一部分与工件材料接触的面。将基材分为以下两种情况：“前刀面和后刀面通过位于二者间的切削刃面而彼此连续的情况”，以及“前刀面和后刀面通过位于二者间的棱线而彼此连续的情况”。下面将参考图1至图6对此进行描述。
图1是示出切削工具的一个方面的透视图，图2是沿图1中的线X-X截取得到的截面图。具有这种形状的切削工具用作车削用可替换切削刀片。
图1和图2所示的切削工具10的表面包括上表面、下表面和四个侧面，并且切削工具10具有在垂直方向上整体上稍薄的四角棱柱形状。切削工具10还具有贯穿其上表面和下表面的通孔，并且在四个侧面的各边界处，相邻的侧面通过弧面彼此连接。
在切削工具10中，上表面和下表面形成前刀面1a，四个侧面(以及将这些侧面彼此连接的弧面)形成后刀面1b，并且连接前刀面1a和后刀面1b的各弧面形成切削刃面1c。
图3是图2的局部放大图。图3示出了假想面A、边界AA、假想面B、边界BB和假想棱线AB'。
假想面A对应于由前刀面1a延伸获得的面。边界AA是前刀面1a和切削刃面1c之间的边界。假想面B对应于由后刀面1b延伸获得的面。边界BB是后刀面1b和切削刃面1c之间的边界。假想棱线AB'是由前刀面1a延伸获得的面(假想面A)和由后刀面1b延伸获得的面(假想面B)的相交线，并且假想面A和假想面B彼此相交从而限定假想棱线AB'。
在图3所示的情况下，切削刃面1c是弧面(衍磨)。前刀面1a和后刀面1b通过位于二者之间的切削刃面1c而彼此连续，并且前刀面1a和后刀面1b中与切削刃面1c相邻的部分以及切削刃面1c形成了切削工具10的切削刃部分。
在图3中，假想面A和假想面B分别以线的形式示出，并且边界AA、边界BB和假想棱线AB'均以点的形式示出。
虽然在图1至图3中示出了切削刃面1c为弧面的情况(衍磨)，但切削刃面1c的形状不限于此。例如，如图4所示，切削刃面1c可以具有平面形状(负刃带)。可替代地，如图5所示，切削刃面1c可以具有包括平面和弧面这两者的形状(组合衍磨和负刃带的形状)。
与在图3中所示的情况相同，在图4和图5中所示的情况下，前刀面1a和后刀面1b也是通过位于二者之间的切削刃面1c而彼此连续，并限定了假想面A、边界AA、假想面B、边界BB和假想棱线AB'。
换句话说，图3至图5中所示的所有情况均包括在“前刀面和后刀面通过位于二者之间的切削刃面而彼此连续的情况”中。
在如上所述基材1具有如图3至图5所示的形状的情况下，切削刃面1c可以仅根据其形状来确定。这是因为在这种情况下，切削刃面1c不包括在假想面A或假想面B中，因此可以在视觉上与前刀面1a和后刀面1b区分开。
切削刃面1c通常是基材1的表面，并且可以包括通过机械加工相交面的边缘而形成的面。换句话说，通过对由(例如)烧结体形成的基材前体的表面的至少一部分进行机械加工来获得基材1，并且切削刃面1c可以包括通过利用机械加工进行倒角而形成的面。
与之相比，基材1具有如图6所示的锐边形状的情况包括在“前刀面和后刀面通过位于二者之间的棱线而彼此连续的情况”中。
在图6所示的情况下，不存在图3至5中示出的切削刃面1c，前刀面1a和后刀面1b彼此相邻，前刀面1a和后刀面1b之间的边界限定了棱线AB，并且前刀面1a和后刀面1b中与棱线AB相邻的部分以及棱线AB形成了切削工具10的切削刃部分。
尽管已经参照图1至图6描述了基材1的形状和各部分的名称，然而，与上述基材对应的形状和各部分的名称也可以类似地用于根据本实施方案的表面被覆切削工具。也就是说，表面被覆切削工具具有前刀面和后刀面。
<覆膜>
根据本实施方案的“覆膜”是指被覆基材中前刀面的至少一部分和后刀面的至少一部分的膜。即使在基材的一部分中在构成上部分地不同，这也在本实施方案的范围内。
覆膜的厚度优选为6.5μm以上14μm以下，更优选为8μm以上11μm以下。在本文中，“覆膜的厚度”是指构成覆膜的层(例如以下描述的TiCN层、Al2O3层和任何其他层)的总厚度。可以通过例如使用光学显微镜以1000倍的放大倍率测定表面被覆切削工具的截面，以测定覆膜的厚度。具体而言，可以通过测定截面中的任意三个点并取所测定的三个点的厚度的平均值来获得厚度。对于以下描述的TiCN层、Al2O3层和任何其他层各自的厚度的测定也同样适用。
覆膜包括TiCN层。“TiCN层”是指由TiCN制成的层。TiCN层可以在不损害根据本实施方案的表面被覆切削工具所获得的效果的范围内包含不可避免的杂质。对于以下描述的“任何其他层”也同样适用。
TiCN层的厚度优选为6μm以上10μm以下，更优选为7μm以上9μm以下。例如，可以通过使用光学显微镜以1000倍的放大倍率测定表面被覆切削工具的截面，从而测定TiCN层的厚度。
覆膜可以在不损害本实施方案的效果的范围内进一步包括任何其他层。任何其他层的实例包括TiN层、TiBNO层、TiCNO层、TiB2层、TiAlN层、TiAlCN层、TiAlON层、TiAlONC层和Al2O3层。此外，对于这些层的堆叠顺序也没有特别的限制。也就是说，TiCN层可以是覆膜中的最外层。
在根据本实施方案的覆膜中，可以在TiCN层上设置Al2O3层。表述“在TiCN层上设置Al2O3层”是指仅需要在TiCN层的上侧设置Al2O3层，并且不需要这些层之间发生接触。换句话说，可以在TiCN层和Al2O3层之间设置任何其他层。另外，在覆膜中，可以在TiCN层上直接设置Al2O3层。Al2O3层的厚度优选为0.5μm以上4μm以下，更优选为0.5μm以上3μm以下，还更优选为1μm以上2μm以下。可以通过例如使用光学显微镜以1000倍的放大倍率测定表面被覆切削工具的截面，以测定Al2O3层的厚度。
<前刀面的区域d1中的TiCN层的取向>
在根据本实施方案的表面被覆切削工具中，TiCN层在前刀面1a的区域d1中具有(422)取向。
在如图3至图5所示的“前刀面1a和后刀面1b通过位于两者之间的切削刃面1c而彼此连续的情况”下，区域d1是“介于假想线D1和边界AA之间的区域，其中假想线D1位于前刀面1a上并且与假想棱线AB'相隔500μm，并且边界AA位于前刀面1a和切削刃面1c之间”。
与之相比，在如图6所示的“前刀面1a和后刀面1b通过位于两者之间的棱线AB而彼此连续的情况”下，区域d1是“介于棱线AB和假想线D1之间的区域，其中假想线D1位于前刀面1a上并且与棱线AB相隔500μm”。
在本实施方案中，除了区域d1之外，TiCN层还可以在前刀面中除了区域d1以外的其他区域中具有(422)取向。例如，TiCN层可以在整个前刀面中具有(422)取向。
表述“TiCN层具有(422)取向“是指，在由以下等式(1)定义的织构系数TC(hkl)中，TiCN层中(422)面的织构系数TC(422)大于任何其他晶体取向面的织构系数。换句话说，这意味着织构系数TC(422)在其他晶体取向面的织构系数中最大。在该等式中，I(hkl)和I(hxkylz)分别表示(hkl)面的测定的衍射强度和(hxkylz)面的测定的衍射强度。Io(hkl)表示根据粉末衍射标准联合委员会数据库(JCPDS数据库)的(hkl)面的TiC(卡片编号32-1383)的粉末衍射强度和(hkl)面的TiN(卡片编号38-1420)的粉末衍射强度的平均值。Io(hxkylz)表示根据JCPDS数据库的(hxkylz)面的TiC(卡片编号32-1383)的粉末衍射强度和(hxkylz)面的TiN(卡片编号38-1420)的粉末衍射强度的平均值。(hkl)和(hxkylz)分别代表八个面中的任意一个面，所述八个面包括(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(331)面、(420)面、(422)面和(511)面”。
[数学式2]
Figure BDA0002605339690000111
织构系数TC(hkl)可以通过例如在以下条件下进行的X射线衍射测定来获得。具体而言，当基材1(即，切削工具10)具有如图6所示的锐边形状时，对介于棱线AB和与棱线AB相隔500μm的假想线D1之间的区域d1中的任意三个点进行X射线衍射测定，并将根据上述等式(1)在这三个点处得到的(hkl)面的织构系数的平均值作为前刀面1a的区域d1中的织构系数TC(hkl)(图7)。尽管在图7中选择了假想线D1上的三个点作为任意的三个点，但是可以选择任意三个点，只要这三个点在区域d1内即可。在基材1具有如图3至图5所示的形状的情况下，对介于边界AA和假想线D1之间的区域d1中的任意三个点进行X射线衍射测定，并将在这三个点处得到的(hkl)面的织构系数的平均值作为前刀面的区域d1中的织构系数TC(hkl)。以下，将前刀面的区域d1中的织构系数称为“TCrake(hkl)”等。
(X射线衍射测定的条件)
X射线输出：45kV，200mA
X射线源，波长CuKα，
Figure BDA0002605339690000121
检测器：D/teX Ultra 250
扫描轴：2θ/θ
纵向限制狭缝宽度：2.0mm
扫描模式：CONTINUOUS
扫描速度：20°/min
在此，根据积分强度测定计算出X射线的衍射强度。
前刀面的区域d1中的(422)织构系数优选为3以上，并且更优选为4以上。
<后刀面的区域d2中的TiCN层的取向>
在根据本实施方案的表面被覆切削工具中，TiCN层在后刀面1b的区域d2中具有(311)取向。
在此，在如图3至图5所示的“前刀面1a和后刀面1b通过位于两者之间的切削刃面1c而彼此连续的情况”下，区域d2是“介于假想线D2和边界BB之间的区域，其中假想线D2位于后刀面1b上并且与假想棱线AB'相隔500μm，并且边界BB位于后刀面1b和切削刃面1c之间”。
与之相比，在如图6所示的“前刀面1a和后刀面1b通过位于两者之间的棱线AB而彼此连续的情况”下，区域d2是“介于棱线AB和假想线D2之间的区域，其中假想线D2位于后刀面1b上并且与棱线AB相隔500μm”。
在本实施方案中，除了区域d2之外，TiCN层还可以在后刀面中除区域d2之外的其他区域中具有(311)取向。例如，TiCN层可以在整个后刀面中具有(311)取向。
表述“TiCN层具有(311)取向”是指，在由以上等式(1)定义的织构系数TC(hkl)中，TiCN层中(311)面的织构系数TC(311)大于任何其他晶体取向面的织构系数。换句话说，这意味着织构系数TC(311)在其他晶体取向面的织构系数中最大。可以通过与上述<前刀面的区域d1中的TiCN层的取向>中描述的方法类似的方法来获得上述织构系数TC(hkl)。
也就是说，在如图3至图5所示的“前刀面1a和后刀面1b通过位于两者之间的切削刃面1c而彼此连续的情况”下，区域d2是“介于假想线D2和边界BB之间的区域，其中假想线D2位于后刀面1b上并且与假想棱线AB'相隔500μm，并且边界BB位于后刀面1b和切削刃面1c之间”。
与之相比，在如图6所示的“前刀面1a和后刀面1b通过位于两者之间的棱线AB而彼此连续的情况”下，区域d2是“介于棱线AB和假想线D2之间的区域，其中假想线D2位于后刀面1b上并且与棱线AB相隔500μm”。
以下，将后刀面的区域d2中的织构系数称为“TCflank(hkl)”等。
后刀面的区域d2中的(311)织构系数优选为3以上，更优选为4以上。
在本实施方案中，在后刀面的区域d2中，(311)织构系数与(422)织构系数之比TCflank(311)/TCflank(422)优选大于1，更优选为1.2以上，还更优选为1.5以上。此处，当TCflank(422)为零并且TCflank(311)大于零时，将TCflank(311)/TCflank(422)确定为大于1。TCflank(311)/TCflank(422)大于1时，实现了根据本实施方案的效果。
在本实施方案中，后刀面的区域d2中的(422)织构系数与前刀面的区域d1中的(422)织构系数之比TCflank(422)/TCrake(422)优选为1以下，更优选为0.8以下，还更优选为0.7以下。TCflank(422)/TCrake(422)为1以下时，实现了根据本实施方案的效果。
《表面被覆切削工具的制造方法》
根据本实施方案的表面被覆切削工具的制造方法为制造上述表面被覆切削工具的方法，所述方法包括：
准备基材的基材准备步骤；
TiCN层被覆步骤，其中用TiCN层被覆前刀面的至少一部分和后刀面的至少一部分；以及
对后刀面中的TiCN层进行喷丸的喷丸步骤，
其中，TiCN层被覆步骤是通过化学气相沉积进行的，并且包括不连续地供应TiCN层的原料气体。以下将描述各步骤。
<基材准备步骤>
在基材准备步骤中，准备基材。基材可以是如上所述通常已知为这种类型的基材的任何基材。例如，当基材由硬质合金制成时，首先，使用市售的磨碎机将具有下述表1所示的混合组成(质量％)的原料粉末均匀地混合，然后将该粉末混合物压缩成形至预定形状(例如，CNMG120408NUX)。随后，在预定的烧结炉中，将原料粉末的成形体在1300℃至1500℃或更低的温度下烧结1至2小时，从而获得由硬质合金制成的基材。
<TiCN层被覆步骤>
在TiCN层被覆步骤中，用TiCN层被覆前刀面的至少一部分和后刀面的至少一部分。
在此，“前刀面的至少一部分”是前刀面1a中的区域，并且包括介于棱线AB和假想线D1之间的区域d1，其中棱线AB为前刀面1a和后刀面1b之间的相交处的棱线，并且假想线D1与棱线AB相隔500μm(例如，图6)。类似地，“后刀面的至少一部分”是后刀面1b中的区域，并且包括介于棱线AB和假想线D2之间的区域d2，其中棱线AB是前刀面1a和后刀面1b之间的相交处的棱线，并且假想线D2与棱线AB相隔500μm(例如，图6)。
在本实施方案的一个方面中，“前刀面的至少一部分”是前刀面1a中的区域，并且包括介于边界AA和假想线D1之间的区域d1，其中边界AA位于前刀面1a和切削刃面1c之间，并且假想线D1与包括前刀面1a的假想面A和包括后刀面1b的假想面B之间的相交处的假想棱线AB'相隔500μm(例如，图3至图5)。类似地，“后刀面的至少一部分”是后刀面1b中的区域，并且包括介于边界BB和假想线D2之间的区域d2，其中边界BB位于后刀面1b和切削刃面1c之间，并且假想线D2与假想棱线AB'相隔500μm(例如，图3至图5)。
通过化学气相沉积(CVD)进行用TiCN层被覆前刀面的至少一部分和后刀面的至少一部分的方法，并且该方法包括不连续地供应TiCN层的原料气体以形成TiCN层。也就是说，TiCN层被覆步骤是通过化学气相沉积进行的，并且包括不连续地供应TiCN层的原料气体。
具体而言，首先，将TiCl4、CH3CN、N2和H2用作原料气体。例如，混合量如下：TiCl4的量为2体积％至10体积％，CH3CN的量为0.4体积％至2.5体积％，N2的量为15体积％，余量为H2。
在通过CVD进行反应期间反应室中的温度优选为800℃至850℃。
在通过CVD进行反应期间反应室中的压力优选为6kPa至7kPa，并且更优选为6kPa至6.7kPa。
通过CVD进行反应期间的总气体流量优选为80L/min至120L/min，并且更优选为80L/min至100L/min。
不连续地供应原料气体的方法的实例是每隔预定时间交替地供应原料气体和H2气体(100体积％)。更具体而言，每当供应原料气体15分钟时便停止供应原料气体，并且供应与原料气体的体积相等的H2气体1分钟。因此，对TiCN进行雾化，这使得可以形成更可能通过喷丸改变成具有(311)取向的TiCN层。
在形成TiCN层之后可以堆叠任何其他层，例如Al2O3层。
<喷丸步骤>
在喷丸步骤中，对后刀面的TiCN层进行喷丸处理。“喷丸”是指使大量的钢、非铁金属等的小球体(介质)与后刀面等的表面高速碰撞(投射)，以改变表面的性质如取向和压缩应力的过程。在本实施方案中，后刀面的喷丸处理降低了后刀面的TiCN层中的(422)面的比例，并且增加了(311)面的比例。因此，TiCN层具有更高的韧性并且具有优异的耐缺损性。可以通过任何方式投射介质，只要TiCN层的取向改变即可，并且可以将介质直接投射到TiCN层上或投射到设置在TiCN层上的任何其他层(例如，Al2O3层)上。可以通过任何方式进行投射，只要将介质投射到后刀面的区域d2上即可，例如，可以将介质投射到整个后刀面上。
投射介质的投射单元与后刀面等的表面之间的距离(以下，也称为“投射距离”)优选为80mm至120mm，并且更优选为80mm至100mm。
投射时施加到介质上的压力(以下，也称为“投射压力”)优选为0.1MPa至0.5MPa，并且更优选为0.1MPa至0.3MPa。
喷丸的处理时间优选为10秒至60秒，并且更优选为10秒至30秒。
可以根据覆膜的构成适当地调节上述喷丸的各种条件。
<其他步骤>
在根据本实施方案的制造方法中，除了上述步骤之外，还可以适当地进行另外的步骤，只要不损害喷丸的效果即可。
本实施方案优选还包括Al2O3层堆叠步骤，其中在TiCN层被覆步骤或喷丸步骤之后将Al2O3层堆叠在TiCN层上。例如当通过CVD堆叠Al2O3层时，可以如下所述堆叠该层。首先，将AlCl3、HCl、CO2、H2S和H2用作原料气体。例如，混合量可以如下：AlCl3的量为1.6体积％，HCl的量为3.5体积％，CO2的量为4.5体积％，H2S的量为0.2体积％，并且余量为H2。
此时的CVD条件可以是温度为1000℃，压力为6.7kPa，气体流量(总气体量)为56.3L/min。
当如上所述形成任何其他层时，该层可以通过常规方法形成。
<附记>
上面的描述包括下面列出的实施方案。
(附记1)
一种表面被覆切削工具，包括：基材和被覆基材的覆膜，其中
基材包括前刀面、后刀面以及使前刀面和后刀面彼此连接的切削刃部分，
覆膜包括TiCN层，
TiCN层在区域d1中具有(422)取向，区域d1为前刀面中的区域并且介于棱线和假想线D1之间，棱线为前刀面和后刀面之间的相交处的棱线，假想线D1与棱线相隔500μm，并且
TiCN层在区域d2中具有(311)取向，区域d2为后刀面中的区域并且介于棱线和假想线D2之间，假想线D2与棱线相隔500μm。
[实施例]
尽管现在将参考实施例详细描述本发明，但是本发明不限于此。
在本实施例中，通过使用光学显微镜以1000倍的放大倍率观察平行于基材表面的法线方向的覆膜截面，从而测定覆膜的总厚度、TiCN层的厚度和Al2O3层的厚度。具体而言，通过测定截面中的任意三个点，然后取这三个点处的测定厚度的平均值来获得这些厚度。
《表面被覆切削工具的制造》
<基材的准备>
首先，作为基材准备步骤，准备将被覆膜被覆的基材K、基材L和基材M。具体而言，使用市售的磨碎机将具有表1所示的混合组成(质量％)的原料粉末均匀地混合，从而得到粉末混合物。
然后，将该粉末混合物压缩成形为预定的形状(CNMG120408NUX)，并将所得的成形体置于烧结炉中，在1300℃至1500℃下烧结1至2小时，从而得到由硬质合金制成的基材K、基材L和基材M。“CNMG120408NUX”是车削用可替换刀片的形状。在此，表1中的“余量”表示WC占混合组成的剩余部分(质量％)
[表1]
Figure BDA0002605339690000181
<覆膜的形成>
作为TiCN层被覆步骤，使用具有表2所示组成的气体并通过CVD法用TiCN层被覆基材K、基材L和基材M的表面(包括前刀面和后刀面)，其中TiCN层的厚度如表4所示。在表2的“气体组成(体积％)”列中，H2气体为“余量”是指H2气体占反应气体组成的剩余部分(体积％)。
在此，对于形成条件a、b和c，通过每15分钟停止原料气体并使H2(100体积％)流动1分钟来加速反应。也就是说，对于形成条件a、b和c，通过不连续地供应TiCN层的原料气体来加速反应。
[表2]
Figure BDA0002605339690000182
此外，在TiCN层被覆步骤之后，通过CVD将具有如表4所示厚度的Al2O3层堆叠在TiCN层上(Al2O3层堆叠步骤)。此时，将AlCl3、HCl、CO2、H2S和H2用作原料气体。所使用的反应条件如下。
反应室内温度：1000℃
反应室内压力：6.7kPa
总气体流量：56.3L/min
<喷丸>
另外，作为喷丸步骤，在表3所示的喷丸条件下，从前表面侧对被覆在切削工具的后刀面的覆膜进行喷丸处理，从而改变后刀面中的TiCN层的取向。通过将介质投射到设置在TiCN层上的Al2O3层上从而进行喷丸，投射条件是：投射中施加到投射介质上的压力(以下也称为“投射压力”)为0.3MPa，投射介质的投射部分与后刀面等的表面之间的距离(以下也称为“投射距离”)为100mm，并且处理时间为10秒至30秒。
[表3]
Figure BDA0002605339690000191
表4示出了按上述步骤制造的样品No.1至19的切削工具的构成和制造条件。样品No.1至15的切削工具对应于实施例，样品No.16至19的切削工具对应于比较例。
[表4]
Figure BDA0002605339690000201
《切削工具特性的评价》
使用如上所述制造的样品No.1至19的切削工具，来测定切削工具的前刀面和后刀面中各自的取向面的织构系数。在以下条件下进行测定。通过测定区域d1(或d2)的三个点进行测定(例如图7)，并计算其平均值以作为前刀面的区域d1和后刀面的区域d2各自的织构系数(图8，后刀面；图9，前刀面)。表5示出了针对(422)织构系数和(311)织构系数的结果。
(X射线衍射测定的条件)
Figure BDA0002605339690000202
Figure BDA0002605339690000211
[表5]
Figure BDA0002605339690000212
表5的结果证实了通过喷丸处理，使后刀面中TiCN层的取向从(422)取向变为(311)取向。相反，未喷丸的前刀面中TiCN层的取向保持为(422)取向。
《切削试验》
使用如上所述制造的样品No.1至19的切削工具进行了两种类型的切削试验。
<试验1：耐缺损性试验>
对于样品No.1至19的切削工具，在以下切削条件下测定直到切削工具发生缺损时的切削时间，并且评价切削工具的耐缺损性。表6示出了评价结果。切削时间越长，切削工具可评价为具有更优异的耐缺损性。
(耐缺损性试验的切削条件)
工件材料：SCM435板材
圆周速度：250m/min
进给速度：0.2mm/rev
切入量：1.0mm
切削液：有
[表6]
样品No. 切削时间(分钟)
1 10
2 8
3 8
4 10
5 8
6 8
7 10
8 8
9 8
10 8
11 10
12 10
13 10
14 9
15 10
16 5
17 6
18 5
19 10
<试验2：圆棒外周的高速切削试验>
对于样品No.1至19的切削工具，通过测定在以下切削条件下直至后刀面磨损量(Vb)达到0.2mm时的切削时间，并观察切削刃的最终损坏情况，从而评价工具的使用寿命。表7示出了评价结果。已知，后刀面磨损量与月牙洼磨损量(前刀面磨损)的程度之间存在相关性。上述试验中的切削时间越长，切削工具可评价为具有更优异的耐月牙洼磨损性，并且即使在高速切削中也更可能具有更长的寿命。
(圆棒外周的高速切削试验的切削条件)
工件材料：SCM435圆棒
圆周速度：250m/min
进给速度：0.15mm/rev
切入量：1.0mm
切削液：有
[表7]
样品No. 切削时间(分钟) 最终损坏状态
1 40 磨损
2 41 磨损
3 40 磨损
4 38 磨损
5 38 磨损
6 39 磨损
7 37 磨损
8 37 磨损
9 37 磨损
10 38 磨损
11 36 磨损
12 40 磨损
13 40 磨损
14 42 磨损
15 39 磨损
16 40 磨损
17 20 磨损
18 35 磨损
19 20 磨损
试验1和试验2的结果表明，前刀面具有(422)取向而后刀面具有(311)取向的切削工具(样品No.1至15)具有优异的耐缺损性，并且在高速加工时还具有优异的耐月牙洼磨损性。
以上，对本发明的实施方案和实施例进行了说明，但是已经从开始就期望适当地组合这些实施方案和实施例的构成。
应当理解，这里公开的实施方案和实施例是出于说明的目的而示出的，并且在各个方面都是非限制性的。本发明的范围不限于以上实施方案和实施例，而是由权利要求的范围限定，并且旨在包括与权利要求等同的含义和范围内的任何修改。
附图标记列表
1基材，1a前刀面，1b后刀面，1c切削刃面，10切削工具，AA边界，AB棱线，AB'假想棱线，BB边界，D1、D2假想线，d1介于边界AA和假想线D1之间的区域(或介于棱线AB和假想线D1之间的区域)，d2介于边界BB和假想线D2之间的区域(介于棱线AB和假想线D2之间的区域)。

Claims (15)

1.一种表面被覆切削工具，包括：
基材；和
被覆所述基材的覆膜，其中
所述基材包括前刀面和后刀面，
所述覆膜包括TiCN层，
所述TiCN层在所述前刀面的区域d1中具有(422)取向，
所述TiCN层在所述后刀面的区域d2中具有(311)取向，
所述TiCN层具有(311)取向是指，在由以下等式(1)定义的织构系数TC(hkl)中，所述TiCN层中(311)面的织构系数TC(311)大于任何其他晶体取向面的织构系数，并且
所述TiCN层具有(422)取向是指，在由以下等式(1)定义的织构系数TC(hkl)中，所述TiCN层中(422)面的织构系数TC(422)大于任何其他晶体取向面的织构系数，
Figure FDA0003829552160000011
其中
I(hkl)和I(hxkylz)分别表示(hkl)面的测定的衍射强度和(hxkylz)面的测定的衍射强度，
Io(hkl)和Io(hxkylz)分别表示根据JCPDS数据库的(hkl)面的TiC和TiN的粉末衍射强度的平均值和根据JCPDS数据库的(hxkylz)面的TiC和TiN的粉末衍射强度的平均值，并且
(hkl)和(hxkylz)分别代表八个面中的任意一个面，所述八个面包括(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、(331)面、(420)面、(422)面和(511)面,
当所述前刀面和所述后刀面通过位于两者之间的切削刃面而彼此连续时，
所述区域d1是介于假想线D1和边界之间的区域，其中所述边界在所述前刀面和所述切削刃面之间，并且所述假想线D1位于所述前刀面上并且与由所述前刀面延伸获得的面和由所述后刀面延伸获得的面相交处的假想棱线相隔500μm，并且
所述区域d2是介于假想线D2和边界之间的区域，其中所述边界在所述后刀面和所述切削刃面之间，并且所述假想线D2位于所述后刀面上并且与所述假想棱线相隔500μm，并且
当所述前刀面和所述后刀面通过位于二者之间的棱线而彼此连续时，
所述区域d1是介于所述棱线和假想线D1之间的区域，其中所述假想线D1位于所述前刀面上并且与所述棱线相隔500μm，并且
所述区域d2是介于所述棱线和假想线D2之间的区域，其中所述假想线D2位于所述后刀面上并且与所述棱线相隔500μm。
2.根据权利要求1所述的表面被覆切削工具，其中，在所述后刀面的所述区域d2中，(311)织构系数与(422)织构系数之比TCflank(311)/TCflank(422)大于1。
3.根据权利要求2所述的表面被覆切削工具，其中，所述后刀面的所述区域d2中的所述(311)织构系数为3以上。
4.根据权利要求2或3所述的表面被覆切削工具，其中，所述后刀面的所述区域d2中的(422)织构系数与所述前刀面的所述区域d1中的(422)织构系数之比TCflank(422)/TCrake(422)为1以下。
5.根据权利要求4所述的表面被覆切削工具，其中所述前刀面的所述区域d1中的所述(422)织构系数为3以上。
6.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中，所述TiCN层的厚度为6μm以上10μm以下。
7.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中，所述基材包括选自由硬质合金、金属陶瓷、高速钢、陶瓷、cBN烧结体和金刚石烧结体组成的组中的一种。
8.根据权利要求7所述的表面被覆切削工具，其中，当所述基材为硬质合金时，相对于所述基材的总质量，所述基材包含的钴的量为7质量％以上12质量％以下。
9.根据权利要求1或2所述的表面被覆切削工具，其中，所述覆膜还包括在所述TiCN层上形成的Al2O3层。
10.根据权利要求9所述的表面被覆切削工具，其中，所述Al2O3层的厚度为0.5μm以上4μm以下。
11.一种制造根据权利要求1至10中任一项所述的表面被覆切削工具的方法，所述方法包括：
准备所述基材的基材准备步骤；
TiCN层被覆步骤，其中用所述TiCN层被覆所述前刀面的至少一部分和所述后刀面的至少一部分；以及
对所述后刀面中的所述TiCN层进行喷丸的喷丸步骤，
其中，所述TiCN层被覆步骤是通过化学气相沉积进行的，并且包括不连续地供应所述TiCN层的原料气体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述TiCN层被覆步骤中，
所述TiCN层的所述原料气体包括TiCl4、CH3CN、N2和H2，
在通过所述化学气相沉积进行反应期间反应室内的温度为800℃至850℃，
在通过所述化学气相沉积进行反应期间所述反应室内的压力为6kPa至7kPa，
在通过所述化学气相沉积进行反应期间的总气体流量为80L/分钟至120L/分钟。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述喷丸步骤中，
投射所述喷丸中使用的介质的投射单元和所述后刀面的表面之间的距离为80mm至120mm，
投射中施加到所述介质的压力为0.1MPa至0.5MPa，
喷丸的处理时间为10秒至60秒。
14.根据权利要求12所述的方法，其中在所述喷丸步骤中，
投射所述喷丸中使用的介质的投射单元和所述后刀面的表面之间的距离为80mm至120mm，
投射中施加到所述介质的压力为0.1MPa至0.5MPa，
喷丸的处理时间为10秒至60秒。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中
所述覆膜还包括在所述TiCN层上形成的Al2O3层，并且
所述方法还包括Al2O3层堆叠步骤，其中在所述TiCN层被覆步骤或所述喷丸步骤之后将所述Al2O3层堆叠在所述TiCN层上。
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