專利名稱：：用于銑削應(yīng)用的涂層切削刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具體用于對鋼進行濕銑削或者干銑削的涂層硬質(zhì)合金刀片(切削刀具)。
背景技術(shù)：
：當(dāng)利用硬質(zhì)合金刀具加工低合金鋼和中合金鋼以及不銹鋼時，切削刃根據(jù)不同磨損機理被磨損，例如化學(xué)磨損、磨粒磨損、粘著磨損以及由于沿著切削刃形成的裂紋而引起的切削刃崩裂。任何一種磨損機理的占主導(dǎo)地位由應(yīng)用確定，并且依賴于加工材料的性質(zhì)、所應(yīng)用的切削參數(shù)和刀具材料的性質(zhì)。通常，非常難以同時地改進所有的刀具性質(zhì)，并且商業(yè)化硬質(zhì)合金等級通常已經(jīng)針對上述磨損類型中的一個或者幾個而被優(yōu)化，并且因此已被優(yōu)化用于特定的應(yīng)用領(lǐng)域。EP1493845涉及一種涂層硬質(zhì)合金刀片(切削刀具)，尤其用于銑削不銹鋼和超合金，但是也用于在對韌度有要求的應(yīng)用中對鋼進行銑削。所述切削刀具刀片的特征在于包括WC、NbC和TaC，W合金的Co粘結(jié)相的硬質(zhì)合金本體，以及包括具有等軸晶粒的TiCxNyOz最內(nèi)層、具有柱狀晶粒的TiCxNyOz層和仏八1203層的涂層。WO97/20083披露了一種涂層切削刀片，尤其用于銑削具有未加工表面(例如澆鑄表層、鍛造表層、熱軋或者冷軋表層或者處于不穩(wěn)定狀態(tài)下的預(yù)加工表面)的不銹鋼以及低合金鋼和中合金鋼。該刀片的特征在于具有低含量的立方碳化物和相當(dāng)?shù)偷腤合金的粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金以及包括具有柱狀晶粒的TiCxNyOz最內(nèi)層和TiN頂層以及-八1203內(nèi)層的涂層。WO97/20081描述了一種涂層銑削刀片，尤其用于在濕狀態(tài)或者干狀態(tài)期間銑削具有或者不具有未加工表面區(qū)域的低合金鋼和中合金鋼。該刀片的特征在于具有低含量的立方碳化物和高W合金的粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金和涂層，該涂層包括具有柱狀晶粒的TiCxNyOz內(nèi)層、-A1203內(nèi)層以及優(yōu)選地TiN頂層。EP1103635披露了一種切削刀具刀片，尤其用于對低合金鋼和中合金鋼和不銹鋼進行濕銑削以及干銑削，以及用于對不銹鋼進行車削。所發(fā)明的切削刀具包括硬質(zhì)合金本體，其具有由MTCVD的Ti(C,N)層構(gòu)成的涂層；和由-Al203和TiN或者Ti(C,N)層構(gòu)成的多層涂層。WO2007/069973披露了一種涂層切削刀具刀片，尤其用于干加工和濕加工、優(yōu)選地用于銑削具有或者不具有未加工表面區(qū)域的低合金鋼和中合金鋼、不銹鋼。該刀片的特征在于具有W合金的Co粘結(jié)相的WC-TaC-NbC-Co硬質(zhì)合金；和包括具有柱狀晶粒的TiCxNyOz最內(nèi)層以及至少在前刀面上的光滑a-Al203頂層的涂層。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種涂層切削刀具，該涂層切削刀具提高的用于銑削鋼的性能。根據(jù)本發(fā)明的切削刀具刀片包括硬質(zhì)合金基底，所述硬質(zhì)合金基底具有少量的立方碳化物，具有較高的粘結(jié)相含量，也就是與W中度到高度合金化的粘結(jié)相含量，并且具有很小到中等程度的WC晶粒尺寸。該基底具有包括等軸TiCxNyC^層、柱狀TiCxNyOz層和至少一個仏八1203層的耐磨涂層。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合金刀片斷裂橫截面的16000倍的掃描電子顯微圖像，其中1.硬質(zhì)合金本體，2.最內(nèi)TiCxNyOz層，3.具有柱狀晶粒的TiCxNyOz層，以及4.a－Al2O3層。具體實施方式根據(jù)本發(fā)明，涂層切削刀具刀片具有硬質(zhì)合金本體，所述硬質(zhì)合金本體具有以下組分9.3-10.9wt-。/。的Co，優(yōu)選地為9.75-10.7wt-。/。的Co，最優(yōu)選地為9.9-10.5wt-。/。的Co;總量為0.5-2.5wt-%，優(yōu)選地為1.0-2.0wt-%，最優(yōu)選地為1.2-1.8wt-yo的金屬Ti、Nb和Ta以及余量WC。Ti、Ta和/或Nb也可以被元素周期表中的族IVb，Vb或者VIb中的其它元素替代。Ti的含量優(yōu)選地處于相當(dāng)于技術(shù)意義上的雜質(zhì)的水平。在優(yōu)選實施例中，Ta和Nb的重量濃度之間的比率為7.0-12.0，優(yōu)選地為7.6-11.4，最優(yōu)選地為8.2-10.5。在可替代優(yōu)選實施例中，Ta和Nb的重量濃度之間的比率在為1.0-5.0,優(yōu)選地為1.5-4.5。鈷粘結(jié)相與鎢中度到高度合金化。W在粘結(jié)相中的含量可以被表示為S值(7/16.1，其中cr是粘結(jié)相的磁矩，單位為/iTm、g—1。S值取決于鎢在粘結(jié)相中的含量并且隨著鎢的含量降低而增加。因此，對于純鈷，或者對于碳飽和的硬質(zhì)合金中的粘結(jié)劑相，S=l，并且對于含有對應(yīng)于7j-相形成的邊界線的量的W的粘結(jié)相，S=0.78。硬質(zhì)合金本體具有在0.81-0.95，優(yōu)選地為0.82-0.93，最優(yōu)選地為0.85-0.90范圍中的S值。硬質(zhì)合金具有10-15，優(yōu)選地為11-14，最優(yōu)選地為11.5-13.5kA/m的矯頑磁性(He)。所述涂層包括-第一(最內(nèi))TiCxNyOz層，其中0.7盒+y+z^，優(yōu)選地z<0.5，更加優(yōu)選地y〉x并且z<0.2，最優(yōu)選地y〉0.7，具有等軸晶粒并且總厚度<1拜，優(yōu)選地>0.1拜。-TiCxNyOz層，其中0.7念+y+z4，優(yōu)選地z<0.2、x>0.3并且y>0.2，最優(yōu)選地x〉0.4，厚度為l-5/xm，優(yōu)選地為1.5-4.5/mi，最優(yōu)選地為2-4/mi，具有柱狀晶粒。-八1203層，由a-相構(gòu)成。八1203層具有l(wèi)-5/rni，優(yōu)選地1.5-4.5/mi,并且最優(yōu)選地2-4pm的厚度。在優(yōu)選實施例中，入1203層沿著(10i4)方向被強織構(gòu)化，織構(gòu)系數(shù)TC(10f4)大于1.2，優(yōu)選地在1.4和4之間。對于氧化鋁層的織構(gòu)系數(shù)(TC)根據(jù)下面的公式確定"^/0(磁)_其中i(hkii"測量到的(hkii)反射的強度Io(hkil))=根據(jù)JCPDS卡片號46-1212的標(biāo)準強度11=用于計算中的反射的數(shù)所使用的(hkil)反射為(10i2)、(IOU)、(1150)、(0006)、(1153)、(ll")。因此，11=6并且織構(gòu)系數(shù)的最大值為6。在可替代實施例中，八1203層沿著(0006)方向被強織構(gòu)化，織構(gòu)系數(shù)TC(0006)大于1.2，優(yōu)選地在1.4和4.3之間。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>在另一可替代實施例中，八1203層沿著(1012)方向被強織構(gòu)化，織構(gòu)系數(shù)TC(10i2)大于2.5，優(yōu)選地大于3，最優(yōu)選地大于3.5。在另外的可替代實施例中，在o;-Al203層上存在一薄的、小于lpm厚的TiN頂層。本發(fā)明還涉及一種通過粉末冶金技術(shù)制造切削刀片的方法，包括濕研磨形成硬質(zhì)成分和粘結(jié)相的粉末，將研磨混合物壓成具有所需形狀和尺寸的本體并且燒結(jié)，所述本體包括硬質(zhì)合金基底和涂層。根據(jù)該方法，基底具有以下組分9.3-10.9wt-。/。的Co，優(yōu)選地為9.75-10.7wt-%的Co，最優(yōu)選地為9.9-10.5wt-。/。的Co;總量為0.5-2.5wt-%，優(yōu)選地為1.0-2.0wt-%，最優(yōu)選地為1.2-1.8wt-n/o的金屬Ti、Nb和Ta和余量WC。Ti、Ta和/或Nb也可以被元素周期表中的族Ivb、Vb或者VIb中的其它元素替代。Ti的含量優(yōu)選地處于相當(dāng)于技術(shù)意義上的雜質(zhì)的水平。在優(yōu)選實施例中，Ta和Nb的重量濃度之間的比率為7.0-12.0，優(yōu)選地為7.6-11.4，最優(yōu)選地為8.2-10.5。在可替代優(yōu)選實施例中，Ta和Nb的重量濃度之間的比率為1.0-5.0，優(yōu)選地為1.5-4.5。矯頑磁性依賴于初始粉末的晶粒尺寸以及研磨和燒結(jié)條件并且需要通過試驗確定。期望的S值依賴于初始粉末和燒結(jié)條件并且也需要通過試驗確定。在700-95(TC的溫度范圍中，使用乙腈作為用于形成層的碳和氮源，將具有柱狀晶粒形態(tài)的TiCxNyOz層，利用MTCVD技術(shù)沉積到硬質(zhì)合金上，其中0.7S+y+z^，優(yōu)選地z〈0.2、x>0.3并且y〉0.2，最優(yōu)選地x>0.4。根據(jù)已知技術(shù)沉積最內(nèi)的TiCxNyOz層，和沉積氧化鋁層。在可替代實施例中，使用已知技術(shù)在a-Al203層上沉積一薄的、小于"m的TiN頂層。在另外的優(yōu)選實施例中，在涂覆之后利用濕噴砂或者刷光操作處理如上所述的切削刀具刀片，從而改進涂層刀具的表面質(zhì)量。本發(fā)明還涉及根據(jù)以上所述的切削刀具的用途，所述切削刀具用于在75-400m/分鐘，優(yōu)選地100-300m/分鐘的切削速度下對鋼進行濕銑削或者干銑削，其中根據(jù)切削速度和刀片幾何形狀，每齒平均進給量為0.08-0.5mm，優(yōu)選地為0.1-0.4mm。等級A:通過傳統(tǒng)的粉末研磨、生坯壓制以及隨后的在1430'C下燒結(jié)，生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合金基底，其組分為10.3wtn/c的CO，1.35wt。/。的Ta，0.15wt。/。的Nb和余量WC，并且與W合金化的粘結(jié)相應(yīng)于0.87的S值。硬質(zhì)合金的Hc值為12.5kA/m，這表明大約0.7nm的平均截距長度。基底涂覆有厚度0.2/mi的、具有等軸晶粒的TiN層；利用乙腈作為碳和氮源、在835-850°C下沉積的厚度2.9/xm的柱狀TiCxNy0z層，產(chǎn)生大致x/y^l.5的碳氮比率，且zO.l;以及在大約100(TC下沉積的厚度為3.1/mi的0!-入1203層。X射線衍射表明0!認1203層具有2.1的TC(101—4)。圖1示出涂層硬質(zhì)合金的斷裂橫截面的16000倍的掃描電子顯微圖像。在涂覆之后利用濕噴砂操作處理切削刀具刀片。等級B:根據(jù)等級A的硬質(zhì)合金基底與3pm的Ti(C，N)和四個-八1203層與五個1^1^層的3^1111的多層涂層相結(jié)合。在鋼的端面銑削操作中測試等級A和B。實例1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在相同的最大側(cè)面磨損時停止測試。利用根據(jù)本發(fā)明的等級大大提高了耐磨性。實例2等級C:按照等級A涂覆硬質(zhì)合金基底，該硬質(zhì)合金基底組分為13wt。/。的Co，1.35wt。/。的Ta，0.15wt。/。的Nb和余量WC，與W合金化的粘結(jié)相相應(yīng)于0.85的S值，Hc值為14kA/m。等級D:根據(jù)等級A涂覆硬質(zhì)合金基底，該硬質(zhì)合金基底組分為12wt。/。的Co，1.3wt。/o的Ta，0.2wt。/。的Nb和余量WC，與W合金化的粘結(jié)相相應(yīng)于0.89的S值，Hc值為13kA/m。在對鋼的方形肩臺銑削操作中測試等級A、C和D。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>在相同的最大側(cè)面磨損時停止測試。對于具有更高粘結(jié)相含量的等級而言，刀具壽命明顯更低。權(quán)利要求1.一種切削刀具刀片，包括硬質(zhì)合金本體和涂層，所述刀片特別有用于對鋼進行濕銑削或者干銑削，其特征在于，所述本體具有以下組分9.3-10.9wt％的Co，優(yōu)選地為9.75-10.7wt％的Co，總量為0.5-2.5wt％，優(yōu)選地為1.0-2.0wt％的金屬Ti、Nb和Ta以及余量WC，并且所述刀片具有10-15kA/m，優(yōu)選地為11-14kA/m的矯頑磁性，相應(yīng)于0.81-0.95，優(yōu)選地為0.82-0.94的S值的與W合金化的粘結(jié)相，并且所述涂層包括-第一(最內(nèi))TiCxNyOz層，其中0.7≤x+y+z≤1，優(yōu)選地z＜0.5，更加優(yōu)選地y＞x并且z＜0.2，并且該層具有等軸晶粒并且總厚度＜1μm，優(yōu)選地＞0.1μm；-TiCxNyOz層，其中0.7≤x+y+z≤1，優(yōu)選地z＜0.2、x＞0.3并且y＞0.2，最優(yōu)選地x＞0.4，并且該層厚度為1-5μm，優(yōu)選地為1.5-4.5μm，并且具有柱狀晶粒；-織構(gòu)化Al2O3層，由α-相構(gòu)成，厚度為1-5μm，優(yōu)選地1.5-4.5μm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削刀具刀片，其特征在于，^203層沿著(1014)方向被強織構(gòu)化，且織構(gòu)系數(shù)TC(10")大于1.2，優(yōu)選地在1.4和4之間，或者Al203層沿著(0006)方向被強織構(gòu)化，且織構(gòu)系數(shù)TC(0006)大于1.2，優(yōu)選地在1.4和4.3之間，或者A1203層沿著(1012)方向被強織構(gòu)化，且織構(gòu)系數(shù)TC(10i2)大于2.5，優(yōu)選地大于3，最優(yōu)選地大于3.5，織構(gòu)系數(shù)(TC)根據(jù)下面的公式確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中i(hkii"測量到的(hkii)反射的強度Io(hkil)=根據(jù)JCPDS卡片號46-1212的標(biāo)準強度n-用于計算中的反射的數(shù)量所使用的(hkil)反射為(10i2)、(1014)、(11》0)、(0006)、(1153)、(1156)。3.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的切削刀具刀片，其特征在于，Ta和Nb的重量濃度之間的比率為7.0-12.0，優(yōu)選地為7.6-11.4。4.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任何一項所述的切削刀具刀片，其特征在于，Ta和Nb的重量濃度之間的比率為1.0-5.0，優(yōu)選地為1.5-4.5。5.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的切削刀具刀片，其特征在于，Ti含量處于技術(shù)意義上的雜質(zhì)的水平上。6.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的切削刀具刀片，其特征在于，在(^入1203層上具有一薄的TiN頂層。7.—種制造包括硬質(zhì)合金本體和涂層的切削刀具刀片的方法，其特征在于以下步驟，-通過粉末冶金技術(shù)制備，硬質(zhì)合金本體具有的組分為9.3-10.9wt。/o的Co，優(yōu)選地為9.75-10.7wt。/o的Co，總量為0.5-2.5wt%，優(yōu)選地為1.0-2.0wt。/。的金屬Ti、Nb和Ta以及余量WC，具有10-15kA/m，優(yōu)選地為11-14kA/m的矯頑磁性，相應(yīng)于0.81-0.95、優(yōu)選地為0.82-0.94的S值的與W合金化粘結(jié)相，并且-將硬質(zhì)合金本體涂覆以下的層-使用已知CVD技術(shù)，涂覆第一(最內(nèi))TiCxNyOz層，其中0.7《+y+z^，優(yōu)選地z0.5，更加優(yōu)選地y>x并且z<0.2，該層具有等軸晶粒并且總厚度<1/1111，優(yōu)選地XUpm;-在700-950°C的溫度范圍中，使用乙腈作為用于形成層的碳和氮源，使用MTCVD技術(shù)涂覆TiCxNyOz層，其中0.7《+y+zd，優(yōu)選地z<0.2、x>0.3并且y>0.2，最優(yōu)選地x>0.4，并且厚度為l-5/im，優(yōu)選地為1.5-4.5/mi，具有柱狀晶粒，和，-使用已知CVD技術(shù)涂覆織構(gòu)化Ab03層，它由a-相構(gòu)成，厚度為l-5pm，優(yōu)選地為1.5-4.5/mi;-可能地使用已知技術(shù)在a-Al203層上沉積一薄的TiN頂層。8.根據(jù)權(quán)利要求l-6所述的切削刀具的用途，所述切削刀具用于在75-400m/分鐘，優(yōu)選地100-300m/分鐘的切削速度下對鋼進行銑削，其中根據(jù)切削速度和刀片幾何形狀，每齒平均進給量為0.08-0.5mm，優(yōu)選地為0.1-0.4mm。全文摘要本發(fā)明涉及一種特別有用于對鋼進行濕銑削或者干銑削的涂層硬質(zhì)合金刀片(切削刀具)。所述切削刀具刀片的特征在于包括WC、NbC和TaC、W合金的Co粘結(jié)相的硬質(zhì)合金本體；以及包括具有等軸晶粒的最內(nèi)TiC_xN_yO_z層、具有柱狀晶粒的TiC_xN_yO_z層和α-Al₂O₃層的涂層。文檔編號B23C5/00GK101402147SQ20081016081公開日2009年4月8日申請日期2008年9月16日優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日發(fā)明者安娜·桑德伯格,安德烈亞斯·拉爾森,湯米·拉爾森申請人:山高刀具公司