CN112004954B - 硬质合金和使用它的涂层刀具、切削刀具 - Google Patents

硬质合金和使用它的涂层刀具、切削刀具 Download PDF

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Abstract

本发明的硬质合金含有：含有W和C的硬质相；含有立方晶的Co的粘结相。所述粘结相含有Zr，Co的晶格常数高于
Figure DDA0002701154780000011
并低于
Figure DDA0002701154780000012
另外，本发明的涂层刀具具有位于上述的硬质合金的表面的涂层。另外，本发明的切削刀具具备：从第一端朝向第二端延伸，在所述第一端侧具有卡槽的刀柄；位于所述卡槽的上述的涂层刀具。

Description

硬质合金和使用它的涂层刀具、切削刀具
技术领域
本发明涉及硬质合金和使用它的涂层刀具、切削刀具。
背景技术
以WC作为硬质相而含有的硬质合金被利用于立铣刀等。在专利文献1中记载有通过使用WC和作为粘结相的Co，使Co的含量为3～10重量％，将Co的晶格常数控制在
Figure GDA0002701154840000011
的范围，从而在刀头处于高温的特殊切削条件下能够达成令人满意的刀具寿命。
另外，在专利文献2中记载有通过将Co的晶格常数控制在
Figure GDA0002701154840000012
Figure GDA0002701154840000013
的范围，从而能够提供适合高速铣削的切削刀具。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－207515号公报
专利文献2：日本特开平7－112313号公报
发明内容
本发明的硬质合金含有：含有W和C的硬质相；含有立方晶的Co的粘结相。所述粘结相含有Zr，所述Co的晶格常数高于
Figure GDA0002701154840000014
并在
Figure GDA0002701154840000015
以下。另外，本发明的涂层刀具具有位于所述硬质合金的表面的涂层。另外，本发明的切削刀具具备：从第一端朝向第二端延伸，在所述第一端侧具有卡槽的刀柄；和位于卡槽的所述的涂层刀具。
附图说明
图1是表示本发明的涂层刀具的一例的立体图。
图2是表示本发明的涂层刀具的表面附近的剖面放大图。
图3是表示本发明的切削刀具的一例的俯视图。
具体实施方式
本发明的硬质合金含有：含有W和C的硬质相；含有立方晶的Co的粘结相。所述粘结相含有Zr，Co的晶格常数高于
Figure GDA0002701154840000021
且在
Figure GDA0002701154840000022
以下。
具有上述的构成的硬质合金，高温下的塑性变形小。另外，硬度高，适合作为刀具使用。本发明的硬质合金，在历来因崩损发生而避开的、Co的晶格常数高于
Figure GDA0002701154840000023
且在
Figure GDA0002701154840000024
以下的区域，通过使Co含有Zr，从而高温下的塑性变形小，也不会有过度的崩损发生。
还有，Zr固溶在作为粘结相的Co中，通过此固溶，Co的晶格常数发生变化。为了确认该固溶，例如，可以在硬质合金的截面中，观察以Co为主成分的粘结相，以EDX等，确认到Co和Zr包含在粘结相中。
虽然详细的理由不明，但认为Co中含有Zr，是在历来被认为是不恰当的晶格常数中，也能够抑制塑性变形的要因。
另外，Co的晶格常数，也可以是
Figure GDA0002701154840000025
若在这一范围，则高温下的塑性变形更小。
本发明的硬质合金中包含的硬质相，例如是WC粒子。硬质相，也可以含有90质量％以上的WC，和余量是其他的固溶元素。作为固溶元素，可列举Al和Cr等。硬质相的含量可以为80～95质量％。若在此范围，则具有用作刀具所适合的硬度。
另外，本发明的硬质合金，可以含有以ZrC换算为0.75～1.0质量％的Zr。若在这一范围，则硬质合金的塑性变形小。
另外，本发明的硬质合金，可以含有以TiC换算为1.0～3.0质量％的Ti。作为这样的构成，粘结相的高温特性提高，因此，即使在高速加工中也难以发生塑性变形。也可以含有以TiC换算为2.0～3.0质量％的Ti。
另外，本发明的硬质合金，也可以含有以TaC换算为0.1～5.0质量％的Ta。作为这样的构成，粘结相的高温特性提高，因此即使在高速加工中也难以发生塑性变形。也可以含有以TaC换算为1.0～3.0质量％的Ta。
本发明的硬质合金，作为余量，含有作为粘结相的Co。
如上述，本发明的硬质合金，高温下的塑性变形小。而且，由于含有硬质相而硬度高。根据这样的特性，本发明的硬质合金，适合作为涂层刀具的基体。
本发明的涂层刀具具有位于硬质合金的表面的涂层。图1是表示本发明的涂层刀具的一例的立体图。本发明的涂层刀具1，在图1所示的例子中，主面是大致四边形的板状。但是，不限定为这一形状。图1中的上表面是前刀面，图1中的侧面是后刀面。而且，在上表面与侧面的交叉棱部形成有刃口7。换言之，就是具有位置于前刀面与后刀面相交的棱线的至少一部分上的刃口7。
在涂层刀具1中，可以是前刀面的外周的整体成为刃口7，但涂层刀具1不限定为这样的构成，例如，也可以只在四边形的前刀面的一边上具有刃口7，或部分性地具有刃口7。
涂层刀具1的大小没有特别限定，例如，前刀面的一边的长度设定为3～20mm左右。另外，涂层刀具1的厚度例如设定为3～20mm左右。
另外，在图1中的上表面至下表面，可以具有贯通孔17。
本发明的涂层刀具1，如图2所示，在由本发明的硬质合金构成的基体3的表面上具有涂层5。位于基体3的表面的涂层5，能够通过PVD和CVD形成。
涂层5可以是多层，例如，可以从基体3这一侧起，按顺序具有TiCN层5a和Al2O3层5b。另外，涂层5也可以从基体3这一侧起，按顺序具有TiN层(未图示)、TiCN层5a和Al2O3层5b。本发明的涂层刀具1，使用塑性变形小的硬质合金作为基体3，还具有涂层5，由此适合高速加工。还有，涂层5不需要覆盖基体3的整个面，覆盖基体3的表面的至少一部分即可。特别是覆盖作为刃口7使用的区域的表面即可。
使用附图对于本发明的切削刀具进行说明。本发明的切削刀具101，如图3所示，例如，是从第一端(图3中的上端)朝向第二端(图3中的下端)延伸的棒状体。切削刀具101，如图3所示，具备：在第一端侧(前端侧)具有卡槽103的刀柄105；位于卡槽103的上述的涂层刀具1。切削刀具101，因为具备涂层刀具1，所以能够长期进行稳定的切削加工。
卡槽103是安装涂层刀具1的部分，具有相对于刀柄105的下表面平行的支承面，和相对于支承面倾斜的限制侧面。另外，卡槽103在刀柄105的第一端侧开口。
涂层刀具1位于卡槽103。这时，涂层刀具1的下表面可以直接接触卡槽103，另外，在涂层刀具1与卡槽103之间也可以夹隔垫片(未图示)。
涂层刀具1以使作为前刀面和刃口7使用的部分的至少一部分从刀柄105向外方突出的方式被安装在刀柄105上。在本实施方式中，涂层刀具1由固定螺栓107安装在刀柄105上。即，在涂层刀具1的贯通孔17中插入固定螺栓107，将该固定螺栓107的前端插入形成于卡槽103的螺丝孔(未图示)而使螺栓部之间拧紧，由此，涂层刀具1被安装在刀柄105上。
作为刀柄105的材质，能够使用钢、铸铁等。在这些构件之中也可以使用韧性高的钢。
在本实施方式中，例示的是用于所谓的车削加工的切削刀具101。作为车削加工，例如，可列举内径加工、外径加工和开槽加工等。还有，作为切削刀具101不限定用于车削加工。例如，用于滚削加工的切削刀具也可以使用上述的实施方式的涂层刀具1。
以下，对于本发明的硬质合金的制造方法进行说明。
作为原料粉末，准备WC粉末、Co粉末、ZrC粉末、TiC粉末。原料粉末的平均粒径，在0.1～10μm的范围适宜选择即可。
WC粉末可以为80～92.5质量％。另外，ZrC粉末可以为0.5～2.0质量％。TiC粉末可以为1.0～4.0质量％的范围。NbC粉末可以为0～5质量％。TaC粉末可以为0～5质量％。而且，可以使余量为Co粉末。另外，也可以根据要求，添加NbC粉末、TaC粉末。
混合这些原料粉末，进行成形后，进行脱蜡处理，在真空、氩气氛和氮气氛等的非氧化性气氛中，以1450～1600℃的温度烧成30～180分钟，得到本发明的硬质合金。
通过使该硬质合金为涂层刀具的基体的形状，在其表面上设置涂膜，由此成为本发明的涂层刀具。
还有，通过以CVD法设置涂层，涂层刀具的滑动性和耐磨耗性提高。作为以CVD法设置的涂层，可以在硬质合金的表面，从硬质合金的一侧起，按顺序形成TiCN层3～15μm、Al2O3层1～15μm
另外，在硬质合金的表面，可以从硬质合金一侧起，按顺序形成TiN层0.1～1.5μm、TiCN层3～15μm、Al2O3层1～15μm。
以上，对于本发明的硬质合金、使用它的涂层刀具、切削刀具进行了说明，但本发明上述的例子以外也可以进行各种的变更
实施例
以下，具体说明本发明的实施例。
接规定的比例混合WC粉末、Co粉末、ZrC粉末、TiC粉末、TaC粉末、Cr粉末，将制作而成的成形体，以1520℃的温度保持2小时进行烧成，制作表1所示的组成的硬质合金。还有，各个组成是将烧结体中所含的元素换算成表1的化合物来表示。原料粉末的平均粒径分别为WC：3μm，Co：1.5μm，TiC、ZrC、TaC、Cr：1μm。而后，硬质合金中包含的Co的结晶相，使用XRD进行了确定。另外，一并评价Co的晶格常数的固溶体。所得到的硬质合金中包含的Co的结晶相，全部是立方晶。还有，试料No.1中，不使用ZrC，而是添加Cr。各试料的晶格常数显示在表1中。
【表1】
Figure GDA0002701154840000051
另外，评价硬质合金的高温特性。硬质合金的高温特性，由下述的条件的高温蠕变试验进行评价。高温蠕变试验的位移量显示在表1中。该高温蠕变试验的结果中，塑性变形量越大，负的数值越大。因此，塑性变形小时，测量值的绝对值接近于0。塑性变形大时，测量值的绝对值大。
＜高温蠕变试验＞
·温度：900℃
·载荷：9kN
·气氛：氩
·评价方法：施加载荷，测量保持4小时后的位移量。
另外，按表1所示的组成，制成CNMG120408形状的试样，从硬质合金侧起，按顺序以如下厚度分别成膜TiN膜0.5μm、TiCN膜7μm、Al2O3膜5μm，制作涂层刀具，以下述的条件进行切削试验。
＜切削试验＞
(1)耐崩损性评价
·切削条件
·加工形态：车削
·切削速度：300m/min
·进刀：0.3mm/rev
·切入：1.5mm
·被切削材：SCM440 4条开槽
Figure GDA0002701154840000067
圆棒
·加工状态：WET
·评价项目：至崩损发生的冲击次数
(2)耐磨耗性评价
·切削条件
·加工形态：车削
·切削速度：300m/min
·进刀：0.3mm/rev
·切入：2.0mm
·被切削材：SCM435
Figure GDA0002701154840000061
圆棒
·加工状态：WET
·评价项目：至后刀面磨耗宽度达到0.3mm的切削时间。
Co的晶格常数高于
Figure GDA0002701154840000062
且不含有Zr的试料No.1，蠕变试验位移量大，塑性位移大。另外，崩损也比较早地发生，磨耗量也大。
Co的晶格常数低于
Figure GDA0002701154840000063
的试料No.2，蠕变试验位移量的绝对值大，崩损比较早地发生。另外，磨耗量也大。
Co的晶格常数高于
Figure GDA0002701154840000064
的试料No.7，蠕变试验位移量的绝对值小，但崩损比较早地发生。另外，磨耗量也大。
另一方面，Co含有Zr，Co的晶格常数高于
Figure GDA0002701154840000065
且在
Figure GDA0002701154840000066
以下的试料No.3～6，塑性位移小，崩损比较迟地发生。另外，磨耗量也小。
以上，对于本发明的实施方式进行了说明，但本发明不受上述的实施方式限定，在不脱离本发明的要旨的范围内，也可以进行各种改良和变更。
符号说明
1 涂层刀具
3 基体
5 涂层
5a TiCN层
5b Al2O3层
17 贯通孔
101…切削刀具
103…卡槽
105…刀柄
107…固定螺栓

Claims (6)

1.一种硬质合金，是作为原料粉末准备WC粉末、Co粉末、ZrC粉末、TiC粉末，混合这些原料粉末，进行成形后，进行脱蜡处理，在真空、氩气氛和氮气氛的非氧化性气氛中，以1450～1600℃的温度烧成30～180分钟而得到的硬质合金，
所述硬质合金含有：含有W和C的硬质相；和含有立方晶的Co的粘结相，其中，作为所述粘结相的Co含有Zr，含有Zr的Co的晶格常数高于
Figure FDA0003579394020000011
且在
Figure FDA0003579394020000012
以下，
并且，组成为以ZrC换算为1.0质量％～1.5质量％的所述Zr，WC为80～92.5质量％，TiC为1.0～4.0质量％，TaC为0质量％，NbC为0质量％，余量为Co。
2.根据权利要求1所述的硬质合金，其中，所述Co的晶格常数为
Figure FDA0003579394020000013
3.一种涂层刀具，其具有位于权利要求1或2所述的硬质合金的表面的涂层。
4.根据权利要求3所述的涂层刀具，其中，所述涂层从所述硬质合金一侧起按顺序具有TiCN层和Al2O3层。
5.根据权利要求3所述的涂层刀具，其中，所述涂层从所述硬质合金一侧起按顺序具有TiN层、TiCN层和Al2O3层。
6.一种切削刀具，其具备：
从第一端朝向第二端延伸，在第一端侧具有卡槽的刀柄；和
位于所述卡槽的权利要求3～5中任一项所述的涂层刀具。
CN201980022244.0A 2018-03-29 2019-03-29 硬质合金和使用它的涂层刀具、切削刀具 Active CN112004954B (zh)

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