被覆切削工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種被覆切削工具。
【背景技術(shù)】
[0002] -直W來，已知有具備由超硬合金形成的基材和形成于基材表面的被覆層的被覆 切削工具。被覆層例如含有選自Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物及碳氮氧化物中 的至少1種。被覆層還可W含有氧化侶。被覆層可W是單層，也可W含有2個W上的層。被覆 層通過化學(xué)蒸鍛法形成在基材的表面上。被覆層的整體厚度為3~20μπι。具備運種被覆層的 被覆切削工具被用于鋼或鑄鐵等的切削加工。
[0003] 通常，在形成于碳化鶴基超硬合金的表面上的被膜中殘留有拉伸應(yīng)力。當(dāng)被膜中 殘留有拉伸應(yīng)力時，被覆切削工具的破壞強度降低、同時被覆切削工具變得易于缺損。
[0004] 作為用于釋放殘留于被膜的拉伸應(yīng)力的技術(shù)，已知在被膜上通過噴丸加工（shot peening)使其產(chǎn)生裂紋的技術(shù)(例如參照專利文獻1)。
[0005] 已知一種被覆切削工具，其具備基材和形成于基材上的被膜，被膜含有具有拉伸 應(yīng)力的TiCN被膜和具有壓縮應(yīng)力的α型Ah〇3被膜，TiCN被膜位于基材與α型Ah〇3被膜之間 (例如參照專利文獻2)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007] 專利文獻
[000引專利文獻1:日本特開平5-116003號公報 [0009] 專利文獻2:國際公開第2006/064724號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[001日]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0011] 近年，切削加工的高速化、高傳送化及切削深度化變得顯著，工具壽命較W往也有 縮短的傾向。
[0012] 上述專利文獻1公開的工具中，當(dāng)釋放殘留于被膜的拉伸應(yīng)力時，雖然工具的耐缺 損性提高，但存在工具的耐磨耗性下降的問題。其原因認為在于，W被膜上發(fā)生的裂紋為起 點、被膜的一部分發(fā)生剝離。
[0013] 上述專利文獻2公開的工具的α型Ah〇3被膜整體具有壓縮應(yīng)力。因此，上述專利文 獻2公開的工具存在耐磨耗性低的問題。
[0014] 本發(fā)明是為了解決運些問題而完成的，其目的在于通過控制被覆切削工具的應(yīng)力 分布、提高被覆切削工具的耐磨耗性及耐缺損性。另外，本發(fā)明的目的在于延長工具的壽 命。
[0015] 用于解決課題的方法
[0016] 本發(fā)明者們從上述觀點出發(fā)，對被覆切削工具進行研究，完成了 W下的發(fā)明。通過 本發(fā)明，可W提高工具的耐磨耗性及耐缺損性。另外，通過本發(fā)明可W延長工具壽命。
[0017] 本發(fā)明的主旨如下所述。
[0018] (1)-種被覆切削工具，其為具備基材和形成于基材表面的被覆層的被覆切削工 具，其中，
[0019] 所述被覆層含有α型氧化侶層，
[0020] 所述α型氧化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力值大于0，
[0021] 所述α型氧化侶層的（012)面上的殘留應(yīng)力值小于0。
[0022] (2)根據(jù)上述（1)所述的被覆切削工具，其中，當(dāng)將所述α型氧化侶層的（116)面上 的殘留應(yīng)力值記為A時，20 < A < 500MPa，
[0023] 當(dāng)將所述α型氧化侶層的（012)面上的殘留應(yīng)力值記為削寸，一800<B< - lOOMPa。
[0024] (3)根據(jù)上述（1)或（2)所述的被覆切削工具，其中，所述殘留應(yīng)力值是通過sin24 法測定的值。
[0025] (4)根據(jù)上述（1)~（3)中任一項所述的被覆切削工具，其中，所述α型氧化侶層的 平均厚度為1~15皿。
[0026] (5)根據(jù)上述（1)~(4)中任一項所述的被覆切削工具，其進一步具備含有Ti元素 和選自C、N、0及B中的至少1種元素的化合物的T i化合物層，
[0027] 所述Ti化合物層形成于所述基材與所述α型氧化侶層之間。
[00%] (6)根據(jù)上述(1)~(5)中任一項所述的被覆切削工具，其中，所述Ti化合物層含有 TiCN層，相對于所述TiCN層所含的C和N的總量的C原子比[CAC+N)]為0.7 < C/(C+N) < 0.9。
[0029] (7)根據(jù)上述(1)~(6)中任一項所述的被覆切削工具，其中，所述被覆層的平均厚 度為3~30μπι，所述Ti化合物層的平均厚度為2~15μπι。
[0030] (8)根據(jù)上述（1)~（7)中任一項所述的被覆切削工具，其中，所述基材為超硬合 金、金屬陶瓷、陶瓷或立方晶氮化棚燒結(jié)體。
[0031] <被覆切削工具>
[0032] 本發(fā)明的被覆切削工具包含基材和形成于該基材表面的被覆層。被覆切削工具例 如為銳刀加工用刀具、旋削加工用刀具、鉆孔機或立銳刀等。
[0033] < 基材 >
[0034] 本發(fā)明的基材例如為超硬合金、金屬陶瓷(Cermet)、陶瓷、立方晶氮化棚燒結(jié)體、 金剛石燒結(jié)體或高速度鋼。其中，由于耐磨耗性及耐缺損性優(yōu)異，優(yōu)選超硬合金、金屬陶瓷、 陶瓷或立方晶氮化棚燒結(jié)體。
[0035] 另外，基材的表面還可W經(jīng)過改性。例如，當(dāng)基材為超硬合金時，還可W在基材的 表面上形成脫β層?；臑榻饘偬沾蓵r，還可W在基材的表面上形成硬化層。
[0036] <被覆層>
[0037] 本發(fā)明的被覆層的平均厚度優(yōu)選為3~30μπι。被覆層的厚度小于3WI1時，有被覆層 的耐磨耗性降低的情況。被覆層的厚度超過30WI1時，有被覆層與基材的密合性及被覆層的 耐缺損性降低的情況。被覆層的平均厚度更優(yōu)選為3~20μπι。
[003引 <α型氧化侶層>
[0039] 本發(fā)明的被覆層含有氧化侶層。氧化侶層可W是1層、也可W是多層。氧化侶層的 晶型為α型。
[0040] 本發(fā)明的α型氧化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力值大于O(MPa)。即，本發(fā)明的α型氧 化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力為拉伸應(yīng)力。
[0041] 本發(fā)明的α型氧化侶層的(012)面上的殘留應(yīng)力值比O(MPa)小。即，本發(fā)明的α型氧 化侶層的(012)面上的殘留應(yīng)力為壓縮應(yīng)力。
[0042] 當(dāng)α型氧化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力為拉伸應(yīng)力且α型氧化侶層的（012)面上 的殘留應(yīng)力也為拉伸應(yīng)力時，在切削加工時被覆層上易于產(chǎn)生龜裂、被覆切削工具的耐缺 損性降低。
[0043] 當(dāng)α型氧化侶層的（012)面上的殘留應(yīng)力為壓縮應(yīng)力且α型氧化侶層的（116)面上 的殘留應(yīng)力也為壓縮應(yīng)力時，對被覆層進行干式噴砂加工(shot blast)等機械處理所需的 能量提高。機械處理的能量高時，被覆層上易于產(chǎn)生龜裂。當(dāng)被覆層上產(chǎn)生龜裂時，由于切 削加工時的沖擊、被覆層的一部分易于剝離。因此，無法充分地發(fā)揮被覆層本來的性能、被 覆切削工具的耐磨耗性降低。
[0044] 運里所說的壓縮應(yīng)力是被覆層的內(nèi)部應(yīng)力（固有應(yīng)變）中的一種，是用"一"（負）的 數(shù)值表示的應(yīng)力。壓縮應(yīng)力大是指壓縮應(yīng)力的絕對值大。壓縮應(yīng)力小是指壓縮應(yīng)力的絕對 值小。
[0045] 運里所說的拉伸應(yīng)力是被覆層的內(nèi)部應(yīng)力（固有應(yīng)變）中的一種，是用V'（正）的 數(shù)值表示的應(yīng)力。本說明書中僅提到殘留應(yīng)力時，包括壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力運兩者。
[0046] 當(dāng)將本發(fā)明的α型氧化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力值記為A時，優(yōu)選為20 <A< 500MPa"a型氧化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力值A(chǔ)小于20MPa時，有被覆層的耐磨耗性降低 的傾向。α型氧化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力值A(chǔ)超過500MPa時，有被覆層的耐缺損性降低 的傾向。
[0047] 當(dāng)將本發(fā)明的α型氧化侶層的（012)面上的殘留應(yīng)力值記為即寸，優(yōu)選為一800 <B < -lOOMPaDQ型氧化侶層的（012)面上的殘留應(yīng)力值B小于一SOOMPa時，由于在被覆層上易 于發(fā)生龜裂或剝離，因此被覆層的耐磨耗性降低。當(dāng)α型氧化侶層的（012)面上的殘留應(yīng)力 值Β超過一lOOMPa時，由于將壓縮應(yīng)力賦予至被覆層所獲得的效果減小，因此被覆層的耐缺 損性降低。
[0048] 殘留應(yīng)力值(A、B)可W通過使用了 X射線應(yīng)力測定裝置的sin24法測定。優(yōu)選通過 sin2恥去測定被覆層中的任意10個點的殘留應(yīng)力值，計算運10個點的殘留應(yīng)力值的平均值。 成為測定位置的被覆層中的任意10個點優(yōu)選按照相互間距離O.lmmW上的方式選擇。
[0049] 為了測定α型氧化侶層的（012)面上的殘留應(yīng)力值，選擇α型氧化侶層的（012)面。 具體而言，利用X射線衍射裝置對形成有α型氧化侶層的試樣進行分析。進而，研究改變試樣 面法線與晶格面法線所成角度則寸的(012)面的衍射角變化。
[0050] 為了測定α型氧化侶層的（116)面上的殘留應(yīng)力值，選擇α型氧化侶層的（116)面。 具體而言，利用X射線衍射裝置對形成有α型氧化侶層的試樣進行分析。進而，研究改變試樣 面法線與晶格面法線所成角度則寸的（116)面的衍射角變化。
[0051] 由于α型氧化侶層的晶體的面不同，X射線的入射角不同。
[0052] 認為選擇α型氧化侶層的（012)面進行測定時的殘留應(yīng)力值Β相對地表示α型氧化 侶層的表面?zhèn)鹊臍埩魬?yīng)力。
[0053] 認為選擇α型氧化侶層的（116)面進行測定時的殘留應(yīng)力值A(chǔ)相對地表示α型氧化 侶層的內(nèi)部側(cè)的殘留應(yīng)力。
[0054]本發(fā)明的α型氧化侶層的平均厚度優(yōu)選為1~15皿。α型氧化侶層的平均厚度小于1 WI1時，有前刀面的防縮孔磨耗性降低的情況。α型氧化侶層的平均厚度超過15WI1時，有被覆 層易于發(fā)生剝離、被覆層的耐缺損性降低的情況。
[0化5] <Ti化合物層>
[0056] 本發(fā)明的被覆層優(yōu)選含有Ti化合物層。當(dāng)被覆層含有Ti化合物層時，被覆層的耐 磨耗性提高。Ti化合物層可W是1層、也可W是多層。
[0057] 本發(fā)明的Ti化合物層還可形成在基材與α型氧化侶層之間，還可W較α型氧化侶層 形成于更外側(cè)。
[0058] 本發(fā)明的Ti化合物層優(yōu)選形成在基材的表面上。當(dāng)Ti化合物層形成于基材的表面 上時，基材與被覆層的密合性提高。
[0059] 本發(fā)明的Ti化合物層還可W形成在被覆層的最外側(cè)。當(dāng)Ti化合物層形成于被覆層 的最外側(cè)時，易于識別被覆切削工具的使用過的角。
[0060] Ti化合物層含有Ti化合物。Ti化合物在作為必須元素含有Ti的同時，含有選自C、 N、0及B中的至少1種元素。Ti化合物層還可進一步含有選自化、冊、￥、抓、了曰、化、]?〇、胖、41及 Si中的至少1種。Ti化合物層例如含有選自TiN層、TiCN層、TiC層、TiAlCNO層、TiAlCO層、 TiCNO層及TiCO層中的至少1個。
[0061] 本發(fā)明的Ti化合物層的平均厚度優(yōu)選為2~15皿。Ti化合物層的平均厚度小于2皿 時，有被覆層的耐磨耗性降低的傾向。Ti化合物層的平均厚度超過15μπι時，有被覆層的耐缺 損性降低的傾向。
[0062] 本發(fā)明的Ti化合物層優(yōu)選含有TiCN層。Ti化合物層含有TiCN層時，Ti化合物層的 耐磨耗性提高。相對于TiCN層所含的C和N的總量的C原子比[CAC+N)]優(yōu)選為0.7含C/(C+N) <0.9。當(dāng)C/(C+N)小于0.7時，由于被覆層的硬度降低，有被覆層的耐磨耗性降低的情況。當(dāng) CAC+N)超過0.9時，由于被覆層