CN1986487B - 带表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制切削工具 - Google Patents

带表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制切削工具 Download PDF

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Abstract

带表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制切削工具由具有表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制备的切削工具，包括切削刀片主体和蒸镀在所述主体上的硬涂层，其中所述主体通过由氮化钛、铝和/或氧化铝、和氮化硼组成的坯体的超高压烧结形成。主体具有含有立方氮化硼、氮化钛和反应产物的织构。硬涂层具有下层和上层，所述下层是组成为[Ti1-xAlx]N的复合氮化物，其中X是0.40-0.60原子比；所述上层包括薄层A和薄层B，所述薄层A的组成为[Ti1-xAlx]N，其中X的原子比为0.40-0.60，所述薄层B由氮化钛(TiN)层构成。所述上层具有其中薄层A和薄层B交替层压的结构。

Description

带表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制切削工具
背景技术
技术领域
本发明涉及由带有表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制备的切削工具(后面称作带有表面涂层的cBN基烧结工具)，包括由立方氮化硼基烧结材料制备的切削工具主体和在所述切削工具主体表面上的硬涂层，该切削工具包括具有优异的高温硬度、高温强度、耐热性和耐边界异常损伤性的硬涂层，甚至在硬化钢比如合金钢或者淬火轴承钢的高速切削操作中，也能够在长时间内显示出优异的耐边界异常损伤性并保持优异的表面精度。
本申请要求2005年12月22日提交的日本专利申请No.2005-370000和2006年5月22日提交的日本专利申请No.2006-142108的优先权，其公开内容在此引入作为参考。
背景技术
一般而言，带有表面涂层的cBN基烧结工具包括可转位刀片和可转位立铣刀等，所述可转位刀片可装卸自如地连接在车刀的顶端，用于车削由各种钢或铸铁制备的工件，可转位立铣刀和上述可转位刀片一样可自如地装卸，并和整体立铣刀相似的方式对工件进行刨削、切槽和切肩。
带有表面涂层的cBN基烧结工具的一种已知构造包括由各种立方氮化硼基超高压烧结材料(下面称作cBN基烧结材料)制备的工具主体和在工具主体表面上通过蒸镀形成的表面涂层比如氮化钛(TiN)层或者钛铝复合氮化物([Ti，Al]N)层。已知这些带有表面涂层的cBN基烧结工具用于切削由各种钢或铸铁制备的工件(日本特开平7-300649)。
已知上述带有表面涂层的cBN基烧结工具可以通过采用电弧离子电镀装置在工具主体表面S上涂覆所需组成的层，例如TiN层或者[Ti，Al]N层，来制备，所述电弧离子电镀装置是物理蒸镀装置的变体，其示意图如图1A和1B所示。例如，表面涂层可以如下制备：将工具主体置于电弧离子电镀装置中；通过在由金属Ti或者具有所定组成的Ti-Al合金组成的阴极(蒸发源)31、32，和阳极61、62之间施加90A的电流，形成电弧放电，其中环境温度通过加热器保持在例如500℃，同时将氮气作为反应气引入到所述装置中以便获得压力为2Pa的反应气氛，并在工具主体上施加例如-100V的偏压(日本特开平8-119774)。
近来，在切削装置的FA(工厂自动化)方面取得了显著的进步。另一方面，切削操作对省工、节能和降低成本仍然有着强烈的要求，导致出现了向更高切削速度发展的趋势。常规带有表面涂层的cBN基烧结工具在普通切削条件下在切削钢和铸铁方面的表现是令人满意的。但是，当它用于高硬度钢比如维氏硬度(C)高达50或以上的合金钢或者淬火轴承钢的高速连续切削操作或者高速断续切削操作中时，由于在切削刃处生成的高热量或者间歇脉冲性施加在切削刃处的极高的机械载荷，在所述切削刃的边界部分出现异常损伤(下面称作边界异常损伤)。结果，难以在长时间内保持表面精度，切削工具因而在较短时间内到达工具使用寿命终点。
发明内容
在上述情况下，本发明人进行了下述研究：研制具有表面涂层的cBN基烧结工具，该工具具有硬涂层，在硬化钢比如合金钢或者淬火轴承钢的高速连续切削操作或者高速断续切削操作(下面仅仅称作“高速切削操作”)中显示出极好的耐边界异常损伤性。并获得了下列发现(a)-(c)。
(a)构成硬涂层的Ti-Al复合氮化物[Ti1-xAlx]N层具有所定的耐热性、高温硬度和高温强度，所以具有在普通切削条件下所需的充分耐磨性，其中Al含量(原子％)的比例x为0.40-0.60。但是，在硬化钢的高速切削操作中，切削刃处生成大量的热或者被间歇脉冲性强加了极大的机械载荷，由于由Ti-Al复合氮化物[Ti1-xAlx]N组成的硬涂层的高温强度不足，所以在切削工具的边界部分出现边界异常损伤。结果，难以维持工件的表面精度，而且切削工具在较短时间内达到工具寿命的终点。
(b)尽管氮化钛(TiN)层具有极高的高温强度和抗冲击强度，但是耐热性和高温硬度不足。所以，在生成大量热和施加极高机械载荷的硬化钢高速切削操作中，由仅仅氮化钛(TiN)层组成的硬涂层不可能具有充分的耐磨性。
(c)当上述(a)的Al百分含量X为40-60原子％、具有耐热性、高温硬度和高温强度的[Ti1-xAlx]N(其中x的原子比为0.40-0.60)层(下面称作薄层A)被定义为薄层A时，
和薄层A相比耐热性和高温硬度较差但是高温强度和抗冲击强度优异的氮化钛(TiN)层，被定义为薄层B，
薄层A和薄层B交替层压以构成硬涂层的上层，使得薄层的每一层的平均层厚为0.05-0.3微米，
具有所述交替层状结构的硬涂层具有薄膜A的优异耐热性和高温硬度，也具有薄层B的更优异的高温强度和抗冲击强度，因此可以防止发生边界异常损伤。
通过本发明人的研究，发现了(a)-(c)。
本发明基于上述发现，提供了由带有表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制备的切削工具，包括切削刀片主体和蒸镀在所述主体表面上的硬涂层。
切削刀片的主体由超高压烧结材料构成，通过超高压烧结具有以下组成的坯体形成：氮化钛13-30重量％，铝和/或氧化铝6.5-18重量％，余量为氮化硼。当采用扫描电子显微镜观察时，主体显示一种组织，该组织是超高压烧结工艺形成的反应产物位于构成分散相的立方氮化硼相和构成连续相的氮化钛相之间的界面处的组织。沉积在主体上的硬涂层具有下列(a)-(c)的构成。
(a)硬涂层包括平均层厚为1.5-3微米的下层和平均层厚为0.3-3微米的上层。
(b)硬涂层的下层由Ti和Al的蒸镀复合氮化物[Ti1-xAlx]N组成，其中X是0.40-0.60。
(c)硬涂层的上层蒸镀在下层上，具有由交替层压的至少一个薄层A和至少一个薄层B构成，其中薄层A是Ti和Al的组成为[Ti1-xAlx]N的复合氮化物层，其中X的原子比为0.40-0.60，薄层B是氮化钛(TiN)层。在所述层状结构中，每一薄层的平均层厚是0.05-0.3微米。
即使在硬化钢的高速切削操作中，由上述构造的带有表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料(后面称作带有涂层的cBN基烧结工具)制备的切削工具可以在长时间里保证优异的表面精度。
接下来，将在下面的描述中解释构成本发明带有表面涂层的cBN基烧结工具的切削刀片主体的cBN基烧结材料的组成、硬涂层的组成和厚度的数字规定的设置的原因。
(A)切削刀片主体的cBN基烧结材料的组成
TiN
烧结材料的TiN组分具有在烧结主体中改善可烧结性和形成连续相的效果，从而提高了强度。当TiN组分的百分比小于13重量％时，不能保证所需的强度。另一方面，当TiN组分的含量百分比大于30重量％时，cBN的含量相对下降，因而前刀面易于出现磨损。相应地，TiN组分的含量百分比设置为13-30重量％。
铝和/或氧化铝
这些组分在烧结中优先聚集在cBN粉末的表面上，经反应形成反应产物，因此这些组分在烧结后位于cBN基材料的TiN相(构成连续相)和cBN相(构成硬质分散相)之间。由于反应产物具有同时牢固地紧密结合在构成连续相的TiN相和构成硬质分散相的cBN相上的性质，所以显著增强了cBN相和作为连续粘合相的TiN相的粘附，由此提高了切削刃的耐崩刃性。当铝和/或氧化铝的含量百分比为6.5-18重量％以外的范围时，不能确保硬质分散相和连续相之间的中间粘合层的牢固地粘附性，因此，铝和/或氧化铝的含量百分比设置为6.5-18重量％。
氮化硼(cBN)
超高压烧结材料制备的工具主体中的立方氮化硼(cBN)硬度很高，在所述烧结材料中形成分散相，通过所述分散相提高了耐磨性。当立方氮化硼的含量百分比太小时，不能确保所需的优异耐磨性。另一方面，当立方氮化硼含量百分比太大时，立方氮化硼(cBN)基材料自身的可烧结性恶化，因此更容易发生切削刃的崩刃。立方氮化硼(cBN)的含量百分比是作为烧结材料构成成分的TiN、铝和氧化铝的余量，也即，大约52-80重量％。
(B)硬涂层的下层
由于在构成硬涂层下层的Ti-Al复合氮化物([Ti1-xAlx]N)层中，Ti组分有助于维持高温强度，Al组分有助于改善高温硬度和耐热性，所以构成硬涂层下层的Ti-Al复合氮化物([Ti1-xAlx]N)层是具有所定高温强度、高温硬度和耐热性的层，基本上起到在硬化钢的高速切削操作中保证切削刃的耐磨性的作用。当Al的含量百分比X大于60原子％时，下层的高温硬度和耐热性得到提高。但是，高温强度随着Ti含量百分比的相对下降而降低，由此使其更容易出现崩刃。另一方面，当Al的含量百分比X小于40原子％时，高温硬度和耐热性恶化，由此导致耐磨性很差。相应地，Al的含量百分比X设为0.40-0.60。
当下层的平均层厚小于1.5微米时，不可能在长时间内将所述下层的耐热性、高温硬度和高温强度赋予所述硬涂层，由此导致工具寿命很短。另一方面，当平均层厚大于3微米时，更容易发生崩刃。相应地，下层的平均层厚设为1.5-3微米。
为了确保由超高压烧结材料制备的切削工具主体和下层之间的充分粘合，可以在所述工具主体和所述下层之间插入由氮化钛(TiN)制备的薄层。当由TiN制备的薄层的层厚小于0.01微米时，在改善粘合性方面的效果较小。另一方面，当层厚大于0.5微米时，不可能期望在粘合性方面有进一步的改善。因而，介于切削工具主体和下层之间的TiN层的层厚优选设置为0.01微米或以上到0.5微米或以下。
(C)硬涂层的上层
1)上层的薄层A
构成上层的薄层A的Ti-Al复合氮化物([Ti1-xAlx]N)层(其中X的原子比为0.40-0.60)基本上和下层相似，具有所定的耐热性、高温硬度和高温强度，也具有在硬化钢的高速切削操作中确保切削刃的耐磨性的效果。
2)上层的薄层B
由氮化钛(TiN)制成的薄层B的主要目标是弥补所述上层中薄层A的不足的性质(高温强度、抗冲击强度)，所述上层具有包括薄层A和薄层B的交替层状结构。
如上所述，上层的薄层A是具有所定耐热性、高温硬度和高温强度的层，但是在硬化钢的高速切削操作中没有显示出足够的高温强度和抗冲击强度，所述高速切削操作带来大的机械载荷并产生大量热量。结果，在切削刃边缘的边界部分处发生边界异常损伤。
通过将薄层A和由氮化钛(TiN)制备的、具有优异高温强度和抗冲击强度的薄层B交替层压形成交替叠层结构，以弥补相邻薄层A的高温强度和抗冲击强度的不足，形成了和薄层B相比具有更优异高温强度和抗冲击强度的上层，不会损害薄层A的优异耐热性、高温硬度和高温强度。
氮化钛(TiN)层具有优异的高温强度和抗冲击强度，能够防止在硬化钢比如淬火钢的高速切削操作中在切削刃边缘的边界部分处发生边界异常损伤，所述高速切削操作带来大的机械载荷并产生大量热量。
3)上层的单一薄层A和单一薄层B的平均层厚以及上层的平均层厚
当上层的薄层A和薄层B的每一层的平均层厚小于0.05微米时，不能显示出每一薄层的优异性质，因此不可能为上层带来优异的高温硬度、高温强度和耐热性以及更优异的高温强度和抗冲击强度。另一方面，当每一单层的平均层厚大于0.3微米时，每一薄层的有欠缺的性质，即薄层A的不足的高温强度和抗冲击强度或者薄层B的不足的耐热性和高温硬度，会在上层中局部出现，因此更容易发生切削刃边缘的边界异常损伤或者加速磨损。相应地，每个单一薄层的平均层厚设置为0.05-0.3微米。
提供薄层B以便为上层带来更加优异的高温强度和抗冲击强度。当薄层A和薄层B的每个单一薄层的平均层厚为0.05-0.3微米时，具有交替层状结构的、包括薄层A和薄层B的上层充当具有优异耐热性和高温硬度以及更优异高温强度和抗冲击强度的一个层。当薄层A和薄层B的每个单一薄层的平均层厚大于0.3微米时，薄层A的不足的高温强度和抗冲击强度或者薄层B的不足的耐热性和高温硬度，会在上层中局部出现，因此所述上层作为一层无法显示出优异的性质。相应地，薄层A和薄层B的每个单一薄层的平均层厚设置为0.05-0.3微米。
通过在下层的表面上形成具有交替层状结构的上层，其中薄层A和薄层B的每个单一薄层的平均层厚设为0.05-0.3微米，获得了具有优异耐热性和高温硬度以及更优异高温强度和抗冲击强度的硬涂层，因此在硬化钢比如淬火钢的高速连续切削操作或者高速断续切削操作中，可能防止在切削刃边缘的边界部分中发生边界异常损伤。
当上层的总平均层厚(也即总层厚，即构成交替层状结构的薄层A和薄层B的各个平均层厚的和)小于0.3微米时，不能为上层带来在淬火钢等的高硬度钢的高速切削操作中所需足够的耐热性、高温硬度、高温强度和抗冲击强度，因此导致工具寿命更短。另一方面，当层厚大于3微米时，更容易发生崩刃。相应地，平均层厚设为0.3-3微米。
在本发明的具有表面涂层的cBN基烧结工具中，呈现的干涉色随着最外表面上的涂层层厚的不同发生微妙的变化，由此导致工具的外观不均匀。在这种情况下，通过采用蒸镀方法形成厚的Ti-Al复合氮化物(TiAlN)层，可以防止工具出现不均匀的外观。在那种情况下，当TiAlN层的平均层厚小于0.2微米时，不能防止出现不均匀的外观。当平均层厚不大于2微米时，可以充分防止出现不均匀的外观。相应地，Ti-Al复合氮化物(TiAlN)层的平均层厚优选设为0.2-2微米。
本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具主体的表面粗糙度Ra优选是0.05或以上和1.0或以下。当表面粗糙度Ra是0.05或更大时，可以预期通过固着效应实现衬底和硬涂层之间的粘合。另一方面，当Ra大于1.0时，对工件材料的精加工面的精度产生负面影响。
本发明的具有表面涂层的cBN基烧结工具具有包括上层和下层的硬涂层。通过在由薄层A和薄层B互相交替层压构成的结构中形成上层，能够获得优异的耐热性、高温硬度、高温强度和抗冲击强度，从而使得具有表面涂层的cBN基烧结工具可以在长时间内保持优异的耐磨性，并且也可以保持工具材料的优异的精加工面的精度，甚至在苛刻条件下进行的切削操作中，例如硬化钢比如合金钢或者淬火轴承钢的高速连续切削操作或者高速断续切削操作中(所述操作产生大量热量，并且在切削刃上间歇脉冲性施加了机械载荷)，也不会导致硬涂层处发生边界异常损伤。
附图说明
图1A是用于形成硬涂层的电弧离子电镀装置的示意性俯视图，所述硬涂层是本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具的一部分。
图1B是用于形成硬涂层的电弧离子电镀装置的示意性主视图，所述硬涂层是本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具的一部分。
图2是常规电弧离子电镀装置的示意图。
具体实施方案
下面将通过实施例详细描述本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具。
实施例
准备平均颗粒尺寸都为0.5-4微米的立方氮化硼(cBN)粉、氮化钛(TiN)粉、Al粉和氧化铝(Al2O3)粉作为原料粉，并按照表1所示比例用湿法在球磨机中混合80小时。在干燥后，将120MPa压力下将混合物压制成直径为50mm、厚度为1.5mm的坯体。将坯体在1Pa的真空中于900-1300℃之间的所定温度烧结60分钟，获得切削刃的预烧结体。分开准备支撑件，所述支撑件由基于WC粘结而成的超硬合金制成，直径为50mm，厚度为2mm，组成为8重量％的Co和余量WC。将预烧结体和支撑件以互相叠置的状态置于常规超高压烧结装置中，在压力为5GPa、温度为1200-1400℃、保持时间为0.8小时的普通条件下进行超高压烧结。在烧结后，采用金刚石粘合磨料对所得烧结体的上下表面进行研磨。采用电火花线切削装置将烧结体切成边长为3mm的等边三角形烧结体。制备刀片主体，所述刀片主体由基于WC基超硬合金制成，其组成为5重量％Co、5重量％TaC和余量WC，具有CIS规格中指定的SNGA120412(正四方形，厚度为4.76mm，边长为12.7mm)。采用组成为26％Cu、5％Ti、2.5％Ni和余量Ag的Ag合金焊料，将上述三角形烧结体焊接到上述刀片主体的焊接部分(边角部分)上。按照所定尺寸进行外周加工以后，将切削刃部分进行珩磨处理(宽度为0.13mm，角度为25°)，然后进行精加工研磨。根据上述处理，制备了刀片主体几何构造满足ISO标准中指定的SNGA120412的工具主体A-J。
(a)然后，将工具主体A-J在丙酮中进行超声清洗。干燥后，在由图1A和1B所示的电弧离子电镀装置10内的转台20上的中心轴，在半径方向上距离规定径向距离的位置上，沿着圆周将工具主体固定。将用于形成作为上层的薄层B的金属Ti置于一侧作为阴极(蒸发源)31，将组成和表2所示目标组成相应的Ti-Al合金置于另一侧上作为阴极(蒸发源)32，用以形成作为上层和下层的薄层A，其中阴极31和32互相相对并且其中设置有转台20。附图标记50表示偏压电源，附图标记71、72表示电弧电源。
(b)在将装置抽空以维持内部真空度不高于0.1Pa的同时，采用加热器40将装置内部加热到500℃，向装置中引入氩气以维持0.7Pa的气氛，同时在位于转台20上自转的工具主体S上施加200V的直流偏压，由此通过氩离子轰击清洁工具主体S的表面。
(c)然后，将氮气作为反应气体引入到装置中以维持3Pa的反应气氛，在位于转台20上自转的工具主体S上施加-100V的DC偏压。同时，通过在用于形成薄层A和下层的Ti-Al合金和阳极62之间施加1 00A的电流产生电弧放电，由此在工具主体S表面上作为硬涂层的下层，蒸镀具有表2所示目标组成和目标层厚的[Ti，Al]N层。
(d)然后，对将引入到装置中作为反应气体的氮气的流速进行控制以维持反应气氛为2Pa，在位于转台20上自转的工具主体S上施加-10--100V的直流偏压。同时，通过在金属Ti(用于形成薄层B)阴极31和阳极61之间施加所定强度的电流产生电弧放电，由此在工具主体表面上形成所定厚度的薄层B。在形成薄层B之后，终止电弧放电，在Ti-Al合金(用于形成薄层A和下层)阴极32和阳极62之间施加所定强度为50-200A的电流，由此产生电弧放电和形成所定厚度的薄层A。然后，停止电弧放电。随后，再次通过在金属Ti(用于形成薄层B)阴极31和阳极61之间发生电弧放电而形成薄层B，通过在Ti-Al合金(用于形成薄层A和下层)阴极32和阳极62之间发生电弧放电来形成薄层A，所述形成交替重复。因此，通过蒸镀在工具主体表面上形成了具有目标组成和表2所示总厚度(平均层厚)的上层，所述上层的结构由交替层压的薄层A和薄层B构成，单层的目标厚度如表2所示。因此，制备了每个根据本发明的具有表面涂层的cBN基烧结工具。
为了进行比较，将工具主体A-J置于丙酮中进行超声清洗。在干燥后，将工具主体置于图2所示的普通电弧离子电镀装置1中，将组成和表3所示目标组成相应的Ti-Al合金设为阴极(蒸发源)3。在将装置抽空以维持内部真空度不高于0.1Pa的同时，采用加热器4将装置内部加热到500℃，向装置中引入氩气以维持0.7Pa的气氛，同时由偏压电源5向位于转台2上自转的工具主体S上施加-200V的直流偏压，由此通过氩离子轰击清洁工具主体的表面。然后，将氮气作为反应气体引入到装置中以维持3Pa的反应气氛，施加到工具主体上的偏压为-100V，采用电弧电源7在Ti-Al合金制备的阴极3和阳极6之间产生电弧放电。因此，用目标组成和目标层厚如表3所示的[Ti，Al]N层涂覆工具主体A-J的表面，由此制备具有常规表面涂层的、基于cBN的烧结工具1-10。
对构成由此制备的各种具有表面涂层的、cBN基烧结工具的切削刀片主体的cBN基烧结材料而言，采用扫描电镜观察了结构。结果，所有切削刀片主体呈现出超高压烧结反应产物位于cBN相(基本构成分散相)和TiN相(构成连续相)之间的界面处的组织。
另外，采用透射电子显微镜通过能量分布X射线光谱对表面涂层的组成进行了分析，所有试样显示出和目标组成基本相同的组成。同样，通过用透射电子显微镜观察横截面，测量了硬涂层的构成层的平均层厚。所有试样的平均层厚基本和目标厚度(5个点处的测量平均值)相同。
然后，将各种具有表面涂层的cBN基烧结工具安装在工具钢制备的车刀末端部并用螺丝将其夹紧。将本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具No.1-5和常规具有表面涂层的cBN基烧结工具No.1-5在下列切削条件A-C下进行高速断续切削操作测试。另外，将本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具No.6-10和常规具有表面涂层的cBN基烧结工具No.6-10在下列切削条件a-c下进行高速连续切削操作测试。
[切削条件A]
在下列条件下，进行合金钢干法断续高速切削操作测试(通常切削速度是120m/min)：
工件：JIS SCM415的渗碳淬火圆棒(硬度为HRC61)，沿着纵向等距形成有4道凹槽。
切削速度：200m/min。
切削深度：0.2mm。
进给量：0.15mm/rev。
切削时间：6分钟。
[切削条件B]
在下列条件下，进行铬钢干法断续高速切削操作测试(通常切削速度是120m/min)：
工件：JIS SCr420的渗碳淬火圆棒(硬度为HRC60)，沿着纵向等距形成有4道凹槽。
切削速度：210m/min。
切削深度：0.15mm。
进给量：0.12mm/rev。
切削时间：6分钟。
[切削条件C]
在下列条件下，进行轴承钢干法断续高速切削操作测试(通常切削速度是150m/min)：
工件：JIS SUJ2的淬火圆棒(硬度为HRC61)，沿着纵向等距形成有4道凹槽。
切削速度：240m/min。
切削深度：0.16mm。
进给量：0.10mm/rev。
切削时间：6分钟。
[切削条件a]
在下列条件下，进行合金钢干法连续高速切削操作测试(通常切削速度是200m/min)：
工件：JIS SCM415的渗碳淬火圆棒(硬度为HRC61)。
切削速度：280m/min。
切削深度：0.2mm。
进给量：0.10mm/rev。
切削时间：8分钟。
[切削条件b]
在下列条件下，进行铬钢干法连续高速切削操作测试(通常切削速度是160m/min)：
工件：JIS SCr 420的渗碳淬火圆棒(硬度为HRC60)。
切削速度：250m/min。
切削深度：0.2mm。
进给量：0.1mm/rev。
切削时间：8分钟。
[切削条件c]
在下列条件下，进行轴承钢干法连续高速切削操作测试(通常切削速度是150m/min)：
工件：JIS SUJ2的淬火圆棒。  (硬度为HRC61)。
切削速度：220m/min。
切削深度：0.2mm。
进给量：0.1mm/rev。
切削时间：8分钟。
在上述每次切削测试中，测量切削工具刀刃的后刀面磨损宽度(mm)和工件的表面精度(算术平均高度(Ra(微米)，根据JISB0601-2001))。结果如表4所述。
表1
Figure G200610169084701D00121
表3
Figure G200610169084701D00141
Figure G200610169084701D00151
表2-4所示结果明显显示了本发明的下列效果。本发明的所有带有表面涂层的cBN基烧结工具具有硬涂层，所述硬涂层包括：平均层厚为1.5-3微米的下层；和平均层厚(总厚度)为0.3-3微米、由互相层压的薄层A和薄层B组成的上层，薄层A和薄层B每个的平均层厚为0.05-0.3微米。在本发明的每一带有表面涂层的cBN基烧结工具中，由于下层具有优异的耐热性、高温强度和高温硬度，上层具有优异的耐热性、高温硬度和更优异的高温强度和抗冲击强度，所以硬涂层将这些优异性质组合在一起，所以可以显示出优异的耐磨性并能确保工件具有优异的表面精度，甚至在高硬度钢例如合金钢或淬火轴承钢的高速切削操作中不会导致边界异常损伤和崩刃。相反，常规的带有表面涂层的cBN基烧结工具具有包含单一相结构[Ti，Al]N层的硬涂层，由于该硬涂层的高温强度和抗冲击强度不足所以在切削刃处出现边界异常损伤或崩刃，也不能保持工件的表面精度，显然工具寿命在较短时间里终止。
如上所示，以及在普通切削条件下对各种钢和铸铁的切削中，特别是在高硬度钢例如合金钢、淬火轴承钢等的高速连续切削操作或者高速断续切削操作(伴有大量热生成以及在切削刃上间歇脉冲性施加极大的机械载荷)中，本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具具有优异的抗边界异常损伤的能力(由硬涂层体现)，在长时间里维持工件材料的优异表面精度，和显示出优异的耐磨性。因此，本发明的带有表面涂层的cBN基烧结工具完全可以在金属切削操作中省工、节能和减少成本，并有助于提高切削装置的性能。
尽管上面已经描述并举例说明了本发明的优选实施方案，应该理解这些是本发明的示例，并不应认为是限制。可以进行添加、省略、替代和其它修改，不会偏离本发明的精神或范围。相应地，本发明不应认为受前面叙述的限制，而是仅仅受所附权利要求范围的限制。

Claims (1)

1.由具有表面涂层的立方氮化硼基超高压烧结材料制备的切削工具，包括：
主体，由超高压烧结材料构成，通过超高压烧结具有以下组成的坯体形成：氮化钛13-30重量％，铝和/或氧化铝6.5-18重量％，余量为氮化硼；
当采用扫描电子显微镜观察时，主体显示一种组织，该组织是超高压烧结形成的反应产物位于构成分散相的立方氮化硼相和构成连续相的氮化钛相之间的界面处的组织；和
蒸镀在主体表面上的硬涂层，该硬涂层具有平均层厚为1.5-3微米的下层和平均层厚为0.3-3微米的上层，其中：
硬涂层的下层由Ti和Al的蒸镀复合氮化物[Ti1-xAlx]N组成，其中X是0.40-0.60原子比；和
硬涂层的上层蒸镀在下层的表面上，包括多个薄层A和多个薄层B，其中薄层A由Ti和Al的组成为[Ti1-xAlx]N的复合氮化物构成，其中X的原子比为0.40-0.60，薄层B由氮化钛TiN构成，所述上层具有其中薄层A和薄层B交替层压的结构，使得每个单层的平均层厚为0.05-0.3微米。
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