專利名稱：硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面包覆切削工具(以下稱為包覆工具)，特別是在伴隨高熱產(chǎn)生并且沖擊性且斷續(xù)性負(fù)載作用于刀刃的高速斷續(xù)切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的被切削材料的切削加工時(shí)，硬質(zhì)包覆層也會(huì)在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性。
背景技術(shù)：
以往，通常已知有在由碳化鎢(以下用WC表示)基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦(以下用 TiCN表示)基金屬陶瓷構(gòu)成的基體(以下將這些總稱為工具基體)的表面上蒸鍍形成由下述(a)、(b)構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具，(a)下部層為由Ti的碳化物(以下用TiC表示)層、氮化物(以下同樣用TiN表示)層、碳氮化物(以下用TiCN表示)層、碳氧化物(以下用TiCO表示)層及碳氮氧化物 (以下用TiCNO表示)層中的兩層以上構(gòu)成，且具有3 20 μ m的整體平均層厚的Ti化合物層，(b)上部層為具有2 15 μ m的平均層厚且在化學(xué)蒸鍍的狀態(tài)下具有α型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鋁(以下稱為α型Al2O3)層，已知該包覆工具例如用于各種鋼或鑄鐵等的連續(xù)切削或斷續(xù)切削中。另外，例如專利文獻(xiàn)1所示，將上述(a)的Ti化合物層之中的至少一層TiCN層通過下述條件的化學(xué)蒸鍍形成時(shí)，以反應(yīng)氣體組成-體積％計(jì)為TiCl4 :0· 2 1%、CH3CN:0. 3 2%、C2H4 :1 3%、 N2 10 30%、H2 剩余，反應(yīng)氣氛溫度700 780 V，反應(yīng)氣氛壓力25 40kPa，該TiCN層(以下稱為現(xiàn)有TiCN層)具備優(yōu)異的高溫強(qiáng)度與耐沖擊性，另外，對于該現(xiàn)有TiCN層，測定晶粒的{110}面的法線與其表面研磨面的法線形成的傾斜角，作成傾斜角度數(shù)分布圖表時(shí)，形成了 0 10度的傾斜角分區(qū)的TiCN晶粒(以下用TiCN{110}晶粒表示)占度數(shù)整體的50 75%的比例的現(xiàn)有TiCN層，已知該包覆工具(以下稱為現(xiàn)有包覆工具1)具有優(yōu)異的耐崩刀性。另外，例如專利文獻(xiàn)2所示，將上述(b)的α型Al2O3層在下述低溫條件下進(jìn)行化
學(xué)蒸鍍，以反應(yīng)氣體組成體積％計(jì)為AlCl3 3 10%、CO2 0. 5 — 3%, C2H4 0. 01 0. 3%, SF6 0. 01 0. 2%、H2 剩余，反應(yīng)氣氛溫度750 900 V，反應(yīng)氣氛壓力3 13kPa，經(jīng)由實(shí)施加熱處理的Al2O3晶核，在通常的化學(xué)蒸鍍條件下形成α型Al2O3層時(shí)， 該α型Al2O3層具備優(yōu)異的耐沖擊性，另外，對于該α型Al2O3層，測定(0001)面的法線與表面研磨面的法線形成的傾斜角，作成傾斜角度數(shù)分布圖表時(shí)，形成了 33 43度的傾斜角分區(qū)的α型Al2O3晶粒占度數(shù)整體的45%以上的比例的α型Al2O3層，已知該包覆工具 (以下稱為現(xiàn)有包覆工具2)仍表現(xiàn)出優(yōu)異的耐崩刀性。此外，所述加熱處理Al2O3晶核的分布比例在平均值為5 200個(gè)/ μ m2的范圍內(nèi)。專利文 獻(xiàn)1 日本專利公開2006-231433號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利公開2006-43791號公報(bào)現(xiàn)狀如下近年來的切削裝置的高性能化顯著，另一方面對切削加工的節(jié)省勞力化以及節(jié)能化，進(jìn)而低成本化的要求加強(qiáng)，伴隨這一點(diǎn)，切削加工逐漸具有高速化的傾向， 但在上述現(xiàn)有包覆工具1、2中，將其用于鋼或鑄鐵等的通常的條件下的連續(xù)切削或斷續(xù)切削中時(shí)沒有問題，但特別將其用于伴隨高發(fā)熱并且沖擊性且斷續(xù)性負(fù)載作用于刀刃的高速斷續(xù)切削條件下時(shí)，硬質(zhì)包覆層的高溫強(qiáng)度與耐沖擊性并不充分，另外，因沖擊等一旦造成硬質(zhì)包覆層產(chǎn)生裂紋時(shí)，由于層中的內(nèi)部應(yīng)力促進(jìn)裂紋的發(fā)展，易于發(fā)生崩刀、缺損，其結(jié)果是在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明人們從上述觀點(diǎn)出發(fā)，對實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)包覆層的高溫強(qiáng)度和耐沖擊性的提高進(jìn)行了深入研究，結(jié)果得到如下見解。首先，本發(fā)明人們在上述現(xiàn)有包覆工具1 (專利文獻(xiàn)1記載的具備在傾斜角度數(shù)分布圖表中，0 10度的傾斜角分區(qū)中占度數(shù)整體的50 75%的比例的TiCN晶粒存在的至少一層的現(xiàn)有TiCN層作為下部層)中，作為其上部層，在專利文獻(xiàn)2所述的蒸鍍條件下蒸鍍形成α型Al2O3層(在傾斜角度數(shù)分布圖表中，33 43度的傾斜角分區(qū)中占度數(shù)整體的45%以上的比例的α型Al2O3晶粒存在的α型Al2O3層)后，對于通常的切削條件下的耐崩刀性、耐缺損性，確認(rèn)了某種程度的提高，但是在伴隨高熱產(chǎn)生并且斷續(xù)性、沖擊性負(fù)載作用于刀刃的高速斷續(xù)切削中，雖然顯示了優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，但是并不能抑制得到可充分滿足防止發(fā)生崩刀、缺損等的程度。因此，本發(fā)明人們對于Ti化合物層之中的至少一層TiCN層與由α型Al2O3層構(gòu)成的上部層進(jìn)一步進(jìn)行了研究，將具有上述專利文獻(xiàn)1所述的TiCN{110}晶粒的至少一層的現(xiàn)有TiCN層例如作為第一階段，在下述條件下進(jìn)行1小時(shí)化學(xué)蒸鍍，以反應(yīng)氣體組成-體積％計(jì)為 TiCl4 :0· 2 1%、CH3CN 0. 01 0. 05%、C2H4 0. 05 0. 1%,N2 10 30%, H2 剩余，反應(yīng)氣氛溫度700 780 V，反應(yīng)氣氛壓力25 45kPa，之后，作為第二階段，在下述條件下通過化學(xué)蒸鍍形成時(shí)，以反應(yīng)氣體組成-體積％計(jì)為TiCl4 0. 2 1 %, CH3CN 0. 3 2%, C2H4 0. 05 3%, N2 10 30%, H2 剩余，反應(yīng)氣氛溫度700 780 V，反應(yīng)氣氛壓力25 45kPa，該TiCN層(以下稱為改性TiCN層)具備優(yōu)異的高溫強(qiáng)度與耐沖擊性，另外，對于該改性TiCN層，測定晶粒的{110}面的法線與工具基體的表面的法線形成的傾斜角，作成傾斜角度數(shù)分布圖表時(shí)，形成了 0 10度的傾斜角分區(qū)的TiCN晶粒(以下用TiCN{110}晶粒表示)占度數(shù)整體的40 70%的比例的改性TiCN層。在此基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)例如在特定的兩階段的蒸鍍條件下形成α型Al2O3層(以下稱為改性α型Al2O3層)時(shí)，在由改性TiCN層構(gòu)成的下部層的TiCN{110}晶粒外延的位置可形成具有由相對粗粒的α型Al2O 3晶粒構(gòu)成的組織結(jié)構(gòu)的上部層。例如，上述兩階段的蒸鍍條件如下所示。作為第一階段，在下述條件下進(jìn)行30分鐘化學(xué)蒸鍍，反應(yīng)氣體組成(體積％ )AlCl3 11 15%、CO2 :9 12%、HC1:5 7%、H2 剩余、反應(yīng)氣氛溫度1040 1060°C、反應(yīng)氣氛壓力6 IOkPa,接著，作為第二階段，反應(yīng)氣體組成(體積％ )AlCl3 :2 5%、C02:3 9%、HC1:1 5%、H2S :0· 25 0. 6%，H2 剩余、反應(yīng)氣氛溫度960 1000°C、反應(yīng)氣氛壓力6 lOkPa、通過在兩階段的條件下進(jìn)行蒸鍍，從而能夠形成由改性α型Al2O3層構(gòu)成的上部層。而且，發(fā)現(xiàn)對于通過上述兩階段蒸鍍形成的改性α型Al2O3層，用場致放射型掃描電子顯微鏡，對存在于其截面研磨面的測定范圍內(nèi)的具有六方晶格的每個(gè)晶粒照射電子束，測定作為所述晶粒的結(jié)晶面的(0001)面的法線與工具基體的表面的法線形成的傾斜角，將位于所述測定傾斜角之中的ο 45度范圍內(nèi)的測定傾斜角以每0. 25度的間距進(jìn)行分區(qū)，并且以存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)進(jìn)行總計(jì)而成的傾斜角度數(shù)分布圖表表示時(shí)，具有 35 45度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(以下將其稱為Al203(ll-26)晶粒)存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的60% 85%的比例，具有0 10度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(以下將其稱為Al2O3(OOOl)晶粒)存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的15% 25%的比例，另外，Al203(ll-26) 晶粒從層厚方向來看形成在下部層(改性TiCN層)的TiCN{110}晶粒外延的位置，進(jìn)而通過場致放射型掃描電子顯微鏡對該Al2O3(11-26)晶粒進(jìn)行組織觀察時(shí)，在與層厚方向垂直的面內(nèi)具有由粗大的晶粒構(gòu)成的組織結(jié)構(gòu)，而且，Al203(ll-26)晶粒的平均結(jié)晶粒徑為 Al2O3(H-26)晶粒以外的晶粒的平均結(jié)晶粒徑的2 5倍，且為相對粗粒的晶粒。由上述改性α型Al2O3層構(gòu)成的上部層其自身具備耐崩刀性、耐缺損性優(yōu)異的特性，但作為硬質(zhì)包覆層形成后的后處理，例如對上部層(改性α型Al2O3層)的表面實(shí)施濕噴砂處理時(shí)，Al203 (ll-26)晶粒形成微細(xì)的裂紋，其結(jié)果是存在于上部層(改性α型Al2O3 層)的內(nèi)部的殘留應(yīng)力得到緩解，對斷續(xù)性沖擊顯示出更優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。因此，本發(fā)明的包覆工具通過蒸鍍形成由包含上述改性TiCN層的下部層、以及上述改性α型Al2O3層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，從而即使用于伴隨高發(fā)熱并且沖擊性且斷續(xù)性負(fù)載作用于刀刃的高速斷續(xù)切削條件下時(shí)，硬質(zhì)包覆層也具備更優(yōu)異的耐沖擊性、耐崩刀性， 在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。本發(fā)明是基于上述見解而完成的，具有如下特征(1) 一種表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的表面蒸鍍形成由下述(a)、(b)構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層， (a)下部層為具有3 20 μ m的合計(jì)平均層厚且包括化學(xué)蒸鍍形成的至少一層的 Ti的碳氮化物層的Ti化合物層，(b)上部層為具有2 15 μ m的平均層厚且在化學(xué)蒸鍍的狀態(tài)下具有α型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鋁層，(c)對于上述(a)的下部層之中的至少一層的Ti的碳氮化物層，由具有以下結(jié)構(gòu)的Ti的碳氮化物構(gòu)成，用場致放射型掃描電子顯微鏡，對存在于上述工具基體的截面研磨面的測定范圍內(nèi)的具有立方晶格的每個(gè)晶粒照射電子束，測定作為所述晶粒的結(jié)晶面的 {110}面的法線與上述工具基體表面的法線形成的傾斜角，將位于所述測定傾斜角之中的 0 45度范圍內(nèi)的測定傾斜角以每0. 25度的間距進(jìn)行分區(qū)，并且以存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)進(jìn)行總計(jì)而成的傾斜角度數(shù)分布圖表表示時(shí)，具有0 10度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(用 TiCN{110}晶粒表示)存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的40 70%的比例，(d)對于上述(b)的上部層，用場致放射型掃描電子顯微鏡，由具有以下結(jié)構(gòu)的氧化鋁構(gòu)成，對存在于上述工具基體的截面研磨面的測定范圍內(nèi)的具有六方晶格的每個(gè)晶粒照射電子束，測定作為所述晶粒的結(jié)晶面的(0001)面的法線與工具基體表面的法線形成的傾斜角，將位于所述測定傾斜角之中的ο 45度范圍內(nèi)的測定傾斜角以每0. 25度的間距進(jìn)行分區(qū)，并且以存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)進(jìn)行總計(jì)而成的傾斜角度數(shù)分布圖表表示時(shí)， 具有35 45度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(Al203 (ll-26)晶粒)存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的60 85%的比例，具有0 10度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(Al2O3(OOOl)晶粒)存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的15% 25%的比例，(e)上述Al203(ll-26)晶粒通過場致放射型掃描電子顯微鏡進(jìn)行組織觀察時(shí)，在與層厚方向垂直的面內(nèi)具有由粗大的晶粒構(gòu)成的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步地，上述Al203(ll-26) 晶粒的平均結(jié)晶粒徑為Al203 (ll-26)晶粒以外的晶粒的平均結(jié)晶粒徑的2 5倍。(2)根據(jù)前述(1)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，上述(a)的Ti化合物層包括Ti的碳化物層、氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層之中的一層或兩層以上、以及至少一層的Ti的碳氮化物層。(3)根據(jù)前述⑴或(2)所述的表面包覆切削工具，其特征在于，上述 Al2O3(H-26)晶粒從層厚方向來看形成在上述(c)的TiCN{110}晶粒形成的位置的正上方或?qū)雍穹较蜓娱L線上。
以下對本發(fā)明的包覆工具的硬質(zhì)包覆層進(jìn)行詳細(xì)說明。(a)下部層的Ti化合物層下部層的Ti化合物層由Ti的碳化物(TiC)層、氮化物(TiN)層、碳氮化物(TiCN) 層、碳氧化物(TiCO)層及碳氮氧化物(TiCNO)層之中的一層或兩層以上構(gòu)成，且其中的至少一層由在測定晶粒的{110}面的法線形成的傾斜角作成的傾斜角度數(shù)分布圖表中，具有 0 10度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(TiCN{110}晶粒)占度數(shù)整體的40 70%的比例的改性TiCN層 構(gòu)成。上述的改性TiCN層，即TiCN {110}晶粒占度數(shù)整體的40 70%的比例的TiCN層例如可以通過以下條件的化學(xué)蒸鍍進(jìn)行成膜。S卩，作為第一階段，在下述條件下進(jìn)行1小時(shí)化學(xué)蒸鍍，以反應(yīng)氣體組成-體積％計(jì)為 TiCl4 :0· 2 1%、CH3CN 0. 01 0. 05%、C2H4 0. 05 0. 1%,N2 10 30%, H2 剩余，反應(yīng)氣氛溫度700 780 V，反應(yīng)氣氛壓力25 45kPa，之后，作為第二階段，通過下述條件的化學(xué)蒸鍍，以反應(yīng)氣體組成-體積％計(jì)為TiCl4 0. 2 1 %, CH3CN 0. 3 2%, C2H4 0. 05 3%, N2 10 30%, H2 剩余，反應(yīng)氣氛溫度700 780 V，反應(yīng)氣氛壓力25 45kPa，能夠形成高溫強(qiáng)度和耐沖擊性優(yōu)異的改性TiCN層。另外，TiCN{110}晶粒的度數(shù)比例按如下求出。用場致放射型掃描電子顯微鏡對存在于包覆改性TiCN層的工具基體的截面研磨面的測定范圍內(nèi)的具有立方晶格的每個(gè)晶粒照射電子束，測定作為所述晶粒的結(jié)晶面的 {110}面的法線與上述工具基體表面的法線形成的傾斜角，將位于所述測定傾斜角之中的 0 45度范圍內(nèi)的測定傾斜角以每0. 25度的間距進(jìn)行分區(qū)，并且作成對存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)進(jìn)行總計(jì)而成的傾斜角度數(shù)分布圖表，在該傾斜角度分布圖表中，求出存在于0 10 度范圍內(nèi)的傾斜角分區(qū)的晶粒(TiCN{110}晶粒)的度數(shù)，另一方面，求出位于測定傾斜角范圍0 45度范圍內(nèi)的全部度數(shù)，計(jì)算出所述TiCN{110}晶粒的度數(shù)占全部度數(shù)的比例， 從而能夠求出TiCN{110}晶粒的度數(shù)比例。由至少包括上述改性TiCN的Ti化合物層構(gòu)成的下部層作為α型Al2O3層的下部層而存在，除了因自身具備的優(yōu)異的高溫強(qiáng)度有助于提高硬質(zhì)包覆層的高溫強(qiáng)度以外， 還牢固地附著于工具基體和α型Al2O3層，具有提高硬質(zhì)包覆層對工具基體的附著性的作用，特別是上述改性TiCN層具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度與優(yōu)異的耐沖擊性，有助于提高下部層的高溫強(qiáng)度，提高耐崩刀性，但如果下部層的平均層厚不到3 μ m，就無法充分發(fā)揮前述作用， 另一方面，若其平均層厚超過20 μ m，特別是在伴隨高熱產(chǎn)生的切削加工中容易引起熱塑性變形，這成為不均勻磨損的原因，所以將其平均層厚定為3 20 μ m。(b)上部層的改性α型Al2O3層在包括具有上述TiCN{110}晶粒的至少一層的改性TiCN層的下部層的表面，通過以下兩階段蒸鍍，能夠蒸鍍形成由改性α型Al2O3層構(gòu)成的上部層。
S卩，作為第一階段，在下述條件下進(jìn)行30分鐘化學(xué)蒸鍍，反應(yīng)氣體組成(體積％ )AlCl3 11 15%、CO2 :9 12%、

HC1:5 7%、H2 剩余、反應(yīng)氣氛溫度1040 1060°C、反應(yīng)氣氛壓力6 IOkPa,接著，作為第二階段，在下述條件下進(jìn)行蒸鍍，從而能夠形成由改性α型Al2O3層構(gòu)成的上部層，反應(yīng)氣體組成(體積％ )AlCl3 :2 5%、C02:3 9%、HC1:1 5%、H2S :0· 25 0. 6%，H2 剩余、反應(yīng)氣氛溫度960 1000°C、反應(yīng)氣氛壓力6 lOkPa。而且，對于通過上述兩階段蒸鍍形成的改性α型Al2O3層形成以下的改性α型 Al2O3層，用場致放射型掃描電子顯微鏡，對存在于其截面研磨面的測定范圍內(nèi)的具有六方晶格的每個(gè)晶粒照射電子束，測定作為所述晶粒的結(jié)晶面的(0001)面的法線與工具基體的表面的法線形成的傾斜角，將位于所述測定傾斜角之中的0 45度范圍內(nèi)的測定傾斜角以每0. 25度的間距進(jìn)行分區(qū)，并且以存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)進(jìn)行總計(jì)而成的傾斜角度數(shù)分布圖表表示時(shí)，具有35 45度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(Al203 (ll-26)晶粒)存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的60 85%的比例，具有0 10度范圍內(nèi)的傾斜角的晶粒(Al2O3(OOOl)晶粒)存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的15 25%的比例。用場致放射型掃描電子顯微鏡觀察上述改性α型Al2O3層的縱截面時(shí)，可知在下部層的改性TiCN層的TiCN{110}晶粒外延的位置形成有Al203 (ll-26)晶粒。另外，對于與膜厚方向垂直的面內(nèi)的改性α型Al2O3層，同樣用場致放射型掃描電子顯微鏡進(jìn)行組織觀察時(shí)，如圖1所示，觀察到存在于該面內(nèi)的上述Al203 (ll-26)晶粒的平均結(jié)晶粒徑為Al203(ll-26)晶粒以外的晶粒的平均結(jié)晶粒徑的2 5倍，Al2O3(H-26)晶粒為相對粗粒。由上述改性α型Al2O3層構(gòu)成的上部層在通常的Al2O3層具有的高硬度與耐熱性的基礎(chǔ)上，通過以傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)比例存在60 85%的上述Al203 (ll-26)晶粒、15% 25%以上的上述Al2O3(OOOl)晶粒，從而在伴隨著高熱產(chǎn)生且斷續(xù)性、沖擊性負(fù)載作用的高速斷續(xù)切削加工中，發(fā)揮更優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。然而，上部層的平均層厚不到2μπι時(shí)，無法充分發(fā)揮希望的優(yōu)異耐磨損性，另一方面，因其平均層厚超過15 μ m而過厚時(shí)，容易發(fā)生崩刀，所以其平均層厚定為2 15 μ m。
在本發(fā)明的包 覆工具中，作為硬質(zhì)包覆層，通過蒸鍍形成包括至少一層的改性 TiCN層的下部層、以及由改性α型Al2O3層構(gòu)成的上部層，從而發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性，但作為硬質(zhì)包覆層形成后的后處理，例如通過對改性α型Al2O3層表面實(shí)施濕噴砂處理，從而使上述Al203 (ll-26)晶粒生成微細(xì)的裂紋，由此緩解改性α型Al2O3層的內(nèi)部殘留應(yīng)力，從而在高速斷續(xù)切削加工中，能夠進(jìn)一步提高耐崩刀性、耐缺損性。本發(fā)明的包覆工具即使在伴隨高熱產(chǎn)生并且斷續(xù)性、沖擊性負(fù)載作用于刀刃的高速斷續(xù)切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削時(shí)，硬質(zhì)包覆層的下部層也具備優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、耐沖擊性，硬質(zhì)包覆層的上部層在高硬度和耐熱性的基礎(chǔ)上，也具備優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性，從而能夠在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能，進(jìn)一步延長使用壽命。


圖1(a)表示與本發(fā)明包覆工具11的上部層(改性α型Al2O3層)的層厚方向平行的面內(nèi)的組織示意圖，另外圖1(b)表示與本發(fā)明包覆工具11的上部層(改性α型Al2O3 層)的層厚方向垂直的面內(nèi)的組織示意圖。圖2表示對本發(fā)明包覆工具2的下部層的改性TiCN層的{110}面測定的傾斜角度數(shù)分布圖表。圖3表示對本發(fā)明包覆工具2的上部層的改性α型Al2O3層的(0001)面測定的傾斜角度數(shù)分布圖表。
具體實(shí)施例方式接著，通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明的包覆工具。作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有1 3μπι的平均粒徑的表1所示的粉末，將這些原料粉末配合成表1所示的配合組成，并且加入石蠟在丙酮中球磨混合24小時(shí)，減壓干燥之后，以98MPa的壓力擠壓成型為預(yù)定形狀的壓坯，在5Pa的真空中，在1370 1470°C的范圍內(nèi)的預(yù)定溫度中保持1小時(shí)的條件下真空燒結(jié)該壓坯，燒結(jié)之后，通過對刀刃部施加R 0. 07mm的珩磨加工來分別制作具有ISO · CNMG160412規(guī)定的多刀刃片形狀的WC基硬質(zhì)合金制工具基體1 10。另外，作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有0. 5 2μπι的平均粒徑的表2所示的粉末，將這些原料粉末配合成表2所示的配合組成，用球磨機(jī)進(jìn)行24小時(shí)濕式混合，干燥之后，以 98MPa的壓力擠壓成型為壓坯，在1. 3kPa的氮?dú)鈿夥罩校谝詼囟?540°C中保持1小時(shí)的條件下燒結(jié)該壓坯，燒結(jié)之后，通過對刀刃部施加R 0. 07mm的珩磨加工來制作具有ISO規(guī)格· CNMG160412的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制工具基體11 16。接著，將這些工具基體1 10及工具基體11 16分別裝入通常的化學(xué)蒸鍍裝置中，用表3(表3中的I-TiCN表示日本專利公開平6-8010號公報(bào)中記載的具有縱向生長結(jié)晶組織的TiCN層的形成條件，除此以外表示通常的粒狀結(jié)晶組織的形成條件)所示的條件和表5所示的改性TiCN層的形成條件，以表7所示的目標(biāo)層厚蒸鍍形成Ti化合物層作為硬質(zhì)包覆層的下部層，接著，用表6所示的兩階段蒸鍍條件，以表7所示的目標(biāo)層厚蒸鍍形成改性α型 Al2O3層作為硬質(zhì)包覆層的上部層，從而分別制造本發(fā)明包覆工具1 16。
[表1]
權(quán)利要求
1.一種表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的表面蒸鍍形成由下述(a)、(b)構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，(a)下部層為具有3 20μ m的合計(jì)平均層厚且包括化學(xué)蒸鍍形成的至少一層的Ti的碳氮化物層的Ti化合物層，(b)上部層為具有2 15μ m的平均層厚且在化學(xué)蒸鍍的狀態(tài)下具有α型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鋁層，(c)對于上述(a)的下部層之中的至少一層的Ti的碳氮化物層，由具有以下結(jié)構(gòu)的Ti 的碳氮化物構(gòu)成，用場致放射型掃描電子顯微鏡，對存在于上述工具基體的截面研磨面的測定范圍內(nèi)的具有立方晶格的每個(gè)晶粒照射電子束，測定作為所述晶粒的結(jié)晶面的{110} 面的法線與上述工具基體表面的法線形成的傾斜角，將位于測定傾斜角之中的0 45度范圍內(nèi)的測定傾斜角以每0. 25度的間距進(jìn)行分區(qū)，并且以存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)進(jìn)行總計(jì)而成的傾斜角度數(shù)分布圖表表示時(shí)，具有0 10度范圍內(nèi)的傾斜角的、以TiCN{110}晶粒表示的晶粒存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的 40 70%的比例，(d)對于上述(b)的上部層，由具有以下結(jié)構(gòu)的氧化鋁構(gòu)成，用場致放射型掃描電子顯微鏡，對存在于上述工具基體的截面研磨面的測定范圍內(nèi)的具有六方晶格的每個(gè)晶粒照射電子束，測定作為所述晶粒的結(jié)晶面的(0001)面的法線與上述工具基體表面的法線形成的傾斜角，將位于測定傾斜角之中的0 45度范圍內(nèi)的測定傾斜角以每0. 25度的間距進(jìn)行分區(qū)，并且以存在于各分區(qū)內(nèi)的度數(shù)進(jìn)行總計(jì)而成的傾斜角度數(shù)分布圖表表示時(shí)，具有 35 45度范圍內(nèi)的傾斜角的稱為Al203(ll-26)晶粒的晶粒存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的60% 85%的比例，具有0 10度范圍內(nèi)的傾斜角的稱為Al2O3(OOOl)晶粒的晶粒存在于該傾斜角分區(qū)的度數(shù)的合計(jì)占傾斜角度數(shù)分布圖表中的度數(shù)整體的15% 25%的比例，(e)上述Al203(ll-26)晶粒通過場致放射型掃描電子顯微鏡進(jìn)行組織觀察時(shí)，在與層厚方向垂直的面內(nèi)具有由粗大晶粒構(gòu)成的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而，上述Al203 (ll-26)晶粒的平均結(jié)晶粒徑為Al203(ll-26)晶粒以外的晶粒的平均結(jié)晶粒徑的2 5倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，上述(a)的Ti化合物層包括Ti的碳化物層、氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層之中的一層或兩層以上、以及至少一層的Ti的碳氮化物層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面包覆切削工具，其特征在于，上述Al203(ll-26)晶粒從層厚方向來看形成在上述(c)的TiCN{110}晶粒形成的位置的正上方或?qū)雍穹较蜓娱L線上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆切削工具。在工具基體的表面蒸鍍形成至少包括TiCN層的Ti化合物層作為(a)下部層，蒸鍍形成α型Al2O3層作為(b)上部層的表面包覆切削工具中，對于下部層的TiCN層，用場致放射型掃描電子顯微鏡測定{110}面的法線形成的傾斜角并作成傾斜角度數(shù)分布圖表時(shí)，具有0～10度范圍內(nèi)的傾斜角的TiCN{110}晶粒占度數(shù)整體的50％以上，另外，對于上部層的α型Al2O3層，測定(0001)面的法線形成的傾斜角并作成傾斜角度數(shù)分布圖表時(shí)，具有35～45度范圍內(nèi)的傾斜角的Al2O3(11-26)晶粒占度數(shù)整體的60％以上的比例，進(jìn)一步在與層厚方向垂直的面內(nèi)觀察時(shí)，Al2O3(11-26)晶粒粗大，Al2O3(11-26)晶粒的平均結(jié)晶粒徑為Al2O3(11-26)晶粒以外的晶粒的2～5倍。
文檔編號B23B27/14GK102441686SQ20111027919
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者中村惠滋, 富田興平, 長田晃, 龍岡翔 申請人:三菱綜合材料株式會(huì)社