立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料制表面包覆切削工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耐龜裂性優(yōu)異的立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料制表面包覆切削工具。本發(fā)明的表面包覆切削工具，其包覆有由（Ti1-XAlX）N（其中，以原子比計0.30≤X≤0.75）構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，其中，前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域由Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒構(gòu)成，Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒中與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08～0.5μm，且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為1～6的晶粒占90%以上的個數(shù)比例，另一方面，上述表面區(qū)域下部的硬質(zhì)包覆層及后刀面的硬質(zhì)包覆層由柱狀晶的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒構(gòu)成。并且，關(guān)于基于XRD的衍射強(qiáng)度I（200）、I（111），優(yōu)選前刀面為3＜I（200）/I（111）＜5，且后刀面為I（200）/I（111）＜3。
【專利說明】立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料制表面包覆切削工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種立方晶氮化硼(以下，稱為cBN)基超高壓燒結(jié)材料制表面包覆切削工具(以下，稱為cBN包覆工具)，該切削工具的硬質(zhì)包覆層在碳鋼、合金鋼等的切削加工中具備優(yōu)異的耐龜裂性，且在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，cBN包覆工具中已知有如下工具:在各種鋼和鑄鐵等工件的車削加工中裝卸自如地安裝在車刀前端部而使用的可轉(zhuǎn)位刀片；及裝卸自如地安裝所述可轉(zhuǎn)位刀片而與使用于端面切削加工或槽加工以及臺肩加工等的實(shí)心式立銑刀相同地進(jìn)行切削加工的可轉(zhuǎn)位立銑刀等。
[0003]并且，作為cBN包覆工具，已知有在由各種立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料(以下，稱為cBN基燒結(jié)材料)構(gòu)成的工具主體的表面蒸鍍形成TiN層、Ti和Al的復(fù)合氮化物((Ti，Al)N)層等表面包覆層而成的cBN包覆工具，還已知這些工具用于例如各種鋼和鑄鐵等的切削加工。
[0004]并且，在cBN包覆工具中，為了實(shí)現(xiàn)耐缺損性等切削性能的改善提出有各種建議。
[0005]例如，專利文獻(xiàn)I中，以提供一種高溫時抗氧化性優(yōu)異，并且韌性優(yōu)異且具有不產(chǎn)生被膜的層間剝離的被膜的表面包覆切削工具為目的，提出有如下建議，即在工具基體表面包括通過CVD法形成的第I被膜和通過PVD法形成的第2被膜，且通過在第I被膜實(shí)施使用金屬陶瓷顆粒的噴砂處理(例如，壓力:0.01~0.5MPa、投射距離:0.5~200mm、細(xì)粉濃度:5~40vol%、粒徑:10~250 μ m)來賦予壓縮殘余應(yīng)力σ 1，且對第2被膜賦予具有σ I < σ 2的關(guān)系的壓縮殘余應(yīng)力σ 2。
[0006]例如，在專利文獻(xiàn)2中，為了對cBN包覆工具賦予優(yōu)異的耐崩刀性，提出有如下建議，即對工具基體進(jìn)行氧化鋁顆粒的噴砂處理(例如，壓力:0.06~0.12MPa、噴射時間:
12~60seC)而將cBN包覆工具的工具基體與硬質(zhì)包覆層的界面的工具基體及硬質(zhì)包覆層的殘余應(yīng)力值分別設(shè)為_2GPa以下的殘余應(yīng)力，并且將兩者的殘余應(yīng)力之差設(shè)為0.5GPa以下，另外，硬質(zhì)包覆層中的殘余應(yīng)力的值形成朝向硬質(zhì)包覆層的表面以絕對值逐漸變小的殘余應(yīng)力分布。
[0007]例如，專利文獻(xiàn)3中，為了提高cBN包覆工具的硬質(zhì)包覆層在高硬度剛的高速切削加工中的耐剝離性，提出有如下建議，即將cBN含量為50~85容量％的cBN基燒結(jié)材料作為工具基體，包覆形成由下部層與上部層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，且下部層設(shè)為滿足組成式:(Ti1^xAlx)N (X以原子比計為0.30~0.60)的Ti和Al的復(fù)合氮化物層，另一方面，上部層由滿足組成式:(Ti1^xAlx)N的薄層A和Ti氮化物(TiN)層構(gòu)成的薄層B的交替層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并且，通過對皮膜表面實(shí)施噴砂處理(例如，壓力:0.1~0.15MPa、噴射時間:2~5sec、重復(fù)次數(shù):5~10次、入射角:相對于前刀面40~50°、氧化鋁顆粒粒徑:220~1500號、漿料濃度:15~60wt%)而將表面粗糙度、殘余應(yīng)力及納米壓痕硬度設(shè)為預(yù)定的值。
[0008]另外，例如，專利 文獻(xiàn)4中，為了維持在基材表面粘附形成TiAlN硬質(zhì)皮膜的表面包覆切削工具的耐缺損性，并且提高耐磨損性，提出有在表面包覆切削工具的切削刃粘附形成如下TiAlN硬質(zhì)皮膜的建議，即在X射線衍射圖案中歸屬于(200)面的峰值的峰值強(qiáng)度I (200)與歸屬于(111)面的峰值的峰值強(qiáng)度I (111)的比I (200)/1 (111) <2.0，并且，歸屬于所述(111)面的峰值的半峰寬B (111)為0.4°?0.6°。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2006-192544號公報
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本專利公開2011-83865號公報
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本專利公開2012-96304號公報
[0012]專利文獻(xiàn)4:日本專利公開2006-281363號公報
[0013]近年來切削加工裝置的高性能化顯著，另一方面，對切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化以及低成本化的要求強(qiáng)烈，相應(yīng)地，將在更加嚴(yán)格的切削條件下進(jìn)行切削加工。
[0014]上述以往的包覆工具中，能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的耐崩刀性、耐缺損性及耐磨損性的改善，但現(xiàn)狀是當(dāng)將此使用于碳鋼、合金鋼等更加嚴(yán)格的切削加工中時，容易因龜裂的產(chǎn)生而產(chǎn)生崩刀、缺損，以此為因在比較短的時間內(nèi)達(dá)到使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，本發(fā)明人等為了提供在碳鋼、合金鋼等的切削加工中，耐龜裂性優(yōu)異，能夠減少崩刀、缺損等異常損傷的發(fā)生，其結(jié)果在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能的包覆工具，進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到了以下見解。
[0016]如上述專利文獻(xiàn)I?4所示，提出有在以往的cBN包覆工具中，對硬質(zhì)包覆層賦予壓縮殘余應(yīng)力，并通過對硬質(zhì)包覆層的取向性進(jìn)行特定等來提高耐崩刀性、耐缺損性，本發(fā)明人對硬質(zhì)包覆層的晶粒組織和耐龜裂性的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在蒸鍍形成由Ti和Al的復(fù)合氮化物(以下，以TiAlN表示)層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層的cBN包覆工具中，對于形成于其前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的硬質(zhì)包覆層的TiAlN晶粒，將在與基體表面平行的方向上橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒以占表面區(qū)域的總晶粒數(shù)的90%以上的個數(shù)比例的方式形成時，如在圖1中的概要示意圖所示，表面區(qū)域中的TiAlN晶粒的晶界向與基體表面平行的方向形成，因此在進(jìn)行切削加工時，即使在前刀面及刃口修磨面的硬質(zhì)包覆層上產(chǎn)生龜裂，所產(chǎn)生的龜裂向?qū)觾?nèi)(層厚方向)的擴(kuò)展得到抑制且耐龜裂性提高，因此硬質(zhì)包覆層得以發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐缺損性。
[0017]另外，發(fā)現(xiàn)通過X射線衍射測定自(200)面的衍射強(qiáng)度I (200)和自(111)面的衍射強(qiáng)度I (111)時，前刀面的TiAlN晶粒滿足3 < I (200)/1 (111) < 5，另一方面，后刀面的TiAlN晶粒滿足I (200)/1 (111) < 3的方式形成TiAlN層，由此得以具備適當(dāng)?shù)挠捕?，因此該發(fā)明的cBN包覆工具得以發(fā)揮優(yōu)異的耐龜裂性的同時，發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0018]該本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其具有如下特征:
[0019](I)一種表面包覆切削工具，其在由立方晶氮化硼的含量為50?85容量％的立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體的表面蒸鍍形成平均層厚為2?6 μ m的由Ti和Al的復(fù)合氮化物層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，其中，
[0020](a)將上述硬質(zhì)包覆層以組成式=(IVxAlx) N表示時，X的值為0.30?0.75 (其中，以原子比計)，
[0021](b)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨面中，在其表面區(qū)域形成的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒中，與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?0.5μπι，且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒占上述表面區(qū)域的總晶粒數(shù)的90%以上的個數(shù)比例，
[0022](c)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的下部的硬質(zhì)包覆層及后刀面的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒由柱狀晶構(gòu)成。
[0023](2)上述(I)所述的表面包覆切削工具，其中，
[0024]關(guān)于上述表面包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒，通過X射線衍射測定衍射圖案，并求出自(200)面的衍射強(qiáng)度I (200)和自(111)面的衍射強(qiáng)度I (111)的比值時，前刀面的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒滿足3 < I (200)/I (111)< 5，另一方面，后刀面的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒滿足I (200)/I (111) < 3。
[0025]接著，對該發(fā)明的包覆工具進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]cBN (立方晶氮化硼):
[0027]cBN包覆工具的工具基體中含有的cBN極為硬，且在燒結(jié)材料中形成分散相，并且通過該分散相能夠?qū)崿F(xiàn)耐磨損性的提高，但該配合比例少于50容量％時無法確保所希望的優(yōu)異的耐磨損性，另一方面，其配合比例變多而超過85容量％時，cBN基材料本身的燒結(jié)性降低，其結(jié)果變得容易在切削刃產(chǎn)生崩刀，因此cBN含量規(guī)定為50?85容量％。
[0028]硬質(zhì)包覆層(TiAlN層):
[0029]由TiAlN層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層中的Ti成分有助于維持高溫強(qiáng)度、Al成分有助于高溫硬度與耐熱性的提高，因此構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的TiAlN層為具備預(yù)定的高溫強(qiáng)度、高溫硬度及耐熱性的層，基本擔(dān)負(fù)確保切削加工時的切削刃部的耐磨損性的作用。其中，將TiAlN層的組成以組成式:(TigAlx) N表示時，若Al的含量比X超過75原子％，則Ti含量比相對減少而高溫強(qiáng)度下降且變得易產(chǎn)生崩刀，另一方面，若Al的含量比X小于30原子％，則高溫硬度和耐熱性下降，其結(jié)果可以觀察到耐磨損性下降，因此將Al的含量比X值規(guī)定為0.30 ?0.75。
[0030]并且，TiAlN層的平均層厚小于2μπι時，無法對硬質(zhì)包覆層長期賦予本身所具有的耐熱性、高溫硬度及高溫強(qiáng)度而成為工具壽命縮短的原因，另一方面，若其平均層厚超過
6μ m，則會容易產(chǎn)生崩刀，因此將其平均層厚規(guī)定為2?6 μ m。
[0031]前刀面及刃口修磨面的(Ti，A1)N層:
[0032]在本發(fā)明的cBN包覆工具的前刀面及刃口修磨面，形成于其表面區(qū)域的硬質(zhì)包覆層的TiAlN晶粒中，與基體表面平行的方向的晶粒粒徑為0.08?0.5 μ m,并且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒占上述表面區(qū)域的總晶粒數(shù)的90%以上的個數(shù)比例，另一方面，表面區(qū)域下部的硬質(zhì)包覆層的TiAlN晶粒由柱狀晶構(gòu)成。
[0033]本發(fā)明中所述的“表面區(qū)域”是指從硬質(zhì)包覆層的最表面向深度方向到0.5μπι為止的深度區(qū)域。
[0034]形成于前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的硬質(zhì)包覆層中，當(dāng)存在與基體表面平行的方向的晶粒粒徑小于0.08 μ m的TiAlN晶粒時，與工具基體表面垂直的方向的晶界存在較多，因此不僅產(chǎn)生龜裂的起點(diǎn)變多，而且產(chǎn)生的龜裂在進(jìn)行切削時擴(kuò)展，因此耐崩刀性下降。[0035]另一方面，形成于前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的硬質(zhì)包覆層中，當(dāng)存在與基體表面平行的方向的晶粒粒徑超過0.5 μ m的TiAlN晶粒時，殘余應(yīng)力過大而導(dǎo)致耐崩刀性下降。
[0036]并且，形成于前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的硬質(zhì)包覆層中，存在與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比小于I (這意味著向與工具基體表面垂直的方向縱向生長的縱長的縱橫尺寸比超過I的TiAlN晶粒)的TiAlN晶粒時，在前刀面及刃口修磨面的硬質(zhì)包覆層產(chǎn)生龜裂時，由于抑制向?qū)觾?nèi)(層厚方向)擴(kuò)展的效果較弱而導(dǎo)致耐崩刀性下降。并且，存在與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比超過6的TiAlN晶粒時，對切削初期的耐龜裂性有效，但縱橫尺寸比超過6的晶粒容易因磨損而消失，且由于表面區(qū)域消失而導(dǎo)致耐龜裂性下降。
[0037]另外，形成于前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的硬質(zhì)包覆層中，與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?0.5 μ m,并且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒在表面區(qū)域的總晶粒中所占的個數(shù)比例低于90%時，抑制產(chǎn)生龜裂時向?qū)觾?nèi)(層厚方向)的擴(kuò)展的效果較弱，以及加上由于表面區(qū)域過薄從而因切削進(jìn)行后的磨損而消失后的耐龜裂性較弱的效果，造成耐崩刀性下降。
[0038]因此，本發(fā)明中，cBN包覆工具的前刀面及刃口修磨面中，形成于其表面區(qū)域的TiAlN晶粒規(guī)定為與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?0.5 μ m,并且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒占上述表面區(qū)域的總結(jié)晶粒數(shù)的90%以上的個數(shù)比例。
[0039]前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域以外的(Ti，Al) N層、后刀面的(Ti，Al) N層:
[0040]關(guān)于前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的硬質(zhì)包覆層(TiAlN層)如上述，但關(guān)于前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域以外的部位的硬質(zhì)包覆層(TiAlN層)需由柱狀晶構(gòu)成的TiAlN晶粒構(gòu)成。
[0041]這是因?yàn)?，如圖1的示意圖所示,將前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域以外的部位的硬質(zhì)包覆層形成為與前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域相同的結(jié)晶組織時，在切削過程中，例如關(guān)于后刀面，由于工件的切屑向與工具基體平行的方向流出，因此硬質(zhì)包覆層的表面區(qū)域的晶界的方向與碰撞的方向成為同一方向，因此變得容易產(chǎn)生沿晶界的龜裂，緩解耐沖擊性的效果減少，無法起到提高耐龜裂性的作用，變得容易產(chǎn)生崩刀。
[0042]并且，之所以以柱狀晶的TiAlN晶粒構(gòu)成前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域下部的硬質(zhì)包覆層，是基于防止因硬質(zhì)包覆層的硬度變得過高，且殘余應(yīng)力的增加而耐崩刀性下降的原因。
[0043]其中，“柱狀晶”意味著與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?1.0 μ m，且向與基體表面垂直的方向縱向生長的縱長的縱橫尺寸比超過I的TiAlN晶粒。另外，關(guān)于柱狀晶內(nèi)的結(jié)晶粒徑，向與工具基體表面平行的方向畫出直線時，將在晶粒截面中最長直徑定義為粒徑?？v橫尺寸比是通過向垂直于工具基體表面的方向畫出直線時，將長邊設(shè)為分子，短邊設(shè)為分母來計算在晶粒截面最長直徑(長邊)和與其垂直的最短的直徑(短邊)的長度的比。
[0044]I (200) /I (111)之比:
[0045]本發(fā)明的cBN包覆工具中，關(guān)于前刀面及后刀面的TiAlN晶粒，通過X射線衍射測定衍射圖案，并求出自(200 )面的衍射強(qiáng)度I (200 )和自(111)面的衍射強(qiáng)度I (111)的比值時，滿足3 < I (200)/1 (111) <5的關(guān)系。
[0046]并且，對上述I (200)/1 (111)的值與工具性能的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)具有如下述的關(guān)系。
[0047]即，關(guān)于通過X射線衍射求出的衍射強(qiáng)度1(200)和自(111)面的衍射強(qiáng)度1(111)，前刀面的 I (200)與 I (111)的比值 I (200)/1 (111)滿足 3 < I (200)/1 (111) <5，另一方面，后刀面的I (200)/1 (111)的值為I (200)/1 (111) < 3時，發(fā)揮優(yōu)異的耐龜裂性、耐缺損性及耐磨損性，但若前刀面的I (200)/1 (111)的值為小于等于3，則由于硬質(zhì)包覆層的硬度變得過高而耐缺損性下降，另一方面，若I (200)/1 (111)的值為大于等于5，則由于硬質(zhì)包覆層的硬度下降而導(dǎo)致耐磨損性劣化。
[0048]因此，前刀面的I (200)/1 (111)的值需設(shè)為 3 < I (200)/1 (111) <5。
[0049]并且，關(guān)于后刀面的硬質(zhì)包覆層的TiAlN晶粒,若I (200)/1 (111)的值大于等于3，則低于后刀面所要求的硬度，后刀面磨損性下降，因此需設(shè)為I (200)/1 (111) <3。
[0050]硬質(zhì)包覆層((Ti ,Al) N層)的形成法:
[0051]本發(fā)明的cBN包覆工具，例如能夠通過以下的方法制作。
[0052](a)首先，由配合了預(yù)定量的cBN顆粒的原料粉末制作壓坯，且將該壓坯形成預(yù)燒結(jié)體，進(jìn)行超高壓燒結(jié)，并釬焊于WC基硬質(zhì)合金制刀片主體，對切削刃部實(shí)施刃口修磨加工并制作工具基體。
[0053](b)接著，將上述工具基體清洗后，裝入電弧離子鍍裝置，通過氬離子進(jìn)行轟擊清洗，并在氮?dú)夥磻?yīng)氣氛中施加-50V以下的直流偏壓，使在T1-Al合金與陽極電極之間產(chǎn)生電弧放電而蒸鍍形成預(yù)定平均層厚且預(yù)定組成(以組成式=(TigAlx)N表示時，以原子比計為 0.30 ≤ X ≤ 0.75)的 TiAlN 層。
[0054](c)接著，對將上述TiAlN層蒸鍍形成于其表面的工具基體，例如將粒徑40 μ m的CtAl2O3顆粒，以噴砂壓力:0.1~0.15MPa、噴砂時間:5~20sec、入射角:相對于前刀面以45°進(jìn)行照射的條件進(jìn)行噴砂處理，之后，僅對后刀面進(jìn)行研磨處理(例如，通過研磨機(jī)將5000號磨刀石以280rpmX IOsec進(jìn)行研磨),去除約0.5 μ m的深度的后刀面的硬質(zhì)包覆層的表面。
[0055]上述示出的本發(fā)明的cBN包覆工具的制作方法的工序(b)中，若施加的偏壓超過-50V，則蒸鍍形成的硬質(zhì)包覆層變成由粒狀結(jié)晶的TiAlN晶粒構(gòu)成，硬度、殘余應(yīng)力一同變大，因此可觀察到耐崩刀性下降的傾向，因此優(yōu)選偏壓在-50V以下。
[0056]上述示出的本發(fā)明的cBN包覆工具的制作方法的工序(C)中，若噴射壓力低于0.1MPa，則前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域中，由于噴丸效應(yīng)而在晶粒內(nèi)導(dǎo)入多個位錯，由此形成較多晶界，因此導(dǎo)致與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑小于0.08 μ m的微細(xì)TiAlN晶粒超過表面區(qū)域的總晶粒數(shù)的10%，存在較多與工具基體表面垂直的方向的晶界，且產(chǎn)生龜裂的起點(diǎn)變多的同時，產(chǎn)生的龜裂的擴(kuò)展變得容易，因此耐龜裂性下降。并且，實(shí)施了這種噴砂處理時，或未實(shí)施噴砂處理時，前刀面的I (200)/1 (111)的值變成小于等于3，硬質(zhì)包覆層的硬度變得過高而耐缺損性下降。
[0057]另一方面，上述示出的本發(fā)明的cBN包覆工具的制作方法的工序(C)中，將噴射壓力設(shè)為大于0.15MPa時，在前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域，由于噴丸效應(yīng)而在晶粒內(nèi)導(dǎo)入多個位錯，但在噴砂處理剛剛結(jié)束之后引起再結(jié)晶，與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑超過0.5 μ m，并且，與工具基體平行的方向的橫長的縱橫尺寸比小于I的TiAlN晶粒(這意味著與工具基體表面垂直的方向上縱向生長的縱長的縱橫尺寸比超過I的TiAlN晶粒)變成超過表面區(qū)域的總晶粒數(shù)的10%，因此表面區(qū)域的硬度、殘余應(yīng)力變大且耐崩刀性下降。
[0058]并且，實(shí)施這種噴射處理時，由于表面區(qū)域的晶粒形狀發(fā)生變化而取向性發(fā)生變化，前刀面的I (200)/1 (111)的值變成大于等于5，因硬質(zhì)包覆層的硬度降低而耐磨損性劣化。
[0059]因此，噴射壓力、噴射時間優(yōu)選分別設(shè)為0.1?0.15MPa、5?20sec。
[0060]上述示出的本發(fā)明的cBN包覆工具的制作方法的工序(C)中，不對后刀面進(jìn)行研磨處理，且不進(jìn)行去除約0.5μπι的深度的硬質(zhì)包覆層的表面的操作時，在后刀面形成與前刀面或刃口修磨面的表面區(qū)域相同的TiAlN晶粒。此時，在進(jìn)行切削加工時，工件的切屑向與工具基體平行的方向流出，因此在后刀面產(chǎn)生龜裂時，龜裂容易沿晶界擴(kuò)展，無法起到提高耐龜裂性的作用而容易產(chǎn)生崩刀。
[0061]并且，后刀面的硬質(zhì)包覆層的I (200)/1 (111)的值也變成大于等于3，因此對后刀面所要求的硬度不充分，后刀面耐磨損性劣化。
[0062]該發(fā)明的cBN包覆工具的由TiAlN層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，在其前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域，與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?0.5 μ m,并且，與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒占上述表面區(qū)域的總晶粒數(shù)的90%以上的個數(shù)比例，另一方面，前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域下部及后刀面的硬質(zhì)包覆層由柱狀晶構(gòu)成，另外，前刀面的TiAlN晶粒滿足3 < I (200)/1 (111 )< 5，另一方面，后刀面的TiAlN晶粒滿足I (200)/1 (111)< 3，因此該發(fā)明的cBN包覆工具的耐龜裂性優(yōu)異，且不產(chǎn)生崩刀、缺損而經(jīng)長期使用發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]圖1表示本發(fā)明的cBN包覆工具的由TiAlN層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層的結(jié)晶組織的概要縱截面示意圖。
[0064]圖2表示用于在由cBN基燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體蒸鍍由TiAlN層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層的電弧離子鍍裝置的概要示意圖，Ca)表示俯視圖，(b)表示側(cè)視圖。
[0065]圖3表示切削加工試驗(yàn)后的cBN包覆工具的切削刃部(后刀面與刃口修磨面的棱線部)的掃描型電子顯微鏡照片，Ca)表示比較例的cBN包覆工具，(b)表示本發(fā)明的cBN包覆工具。
【具體實(shí)施方式】
[0066]接著，通過實(shí)施例對該發(fā)明的包覆工具進(jìn)行具體說明。
[0067][實(shí)施例]
[0068]作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有0.5?4μ m范圍內(nèi)的平均粒徑的cBN粉末、氮化鈦(TiN)粉末、Al粉末及TiAl3粉末,將這些原料粉末配合成表I所示的配合組成,用球磨機(jī)濕式混合80小時，干燥之后以120MPa的壓力下沖壓成型為具有直徑:50mmX厚度:1.5mm尺寸的壓坯，接著，在壓力:IPa的真空氣氛中，將該壓坯以900?1300°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度在保持60分鐘的條件下進(jìn)行燒結(jié)而作為切削刃片用預(yù)燒結(jié)體，且將該預(yù)燒結(jié)體與另行準(zhǔn)備的具有Co:8質(zhì)量％、WC:殘余的組成，以及直徑:50mmX厚度:2mm尺寸的WC基硬質(zhì)合金制支承片重疊的狀態(tài)下，裝入通常的超高壓燒結(jié)裝置中，以壓力:5GPa、溫度:1200?1400°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度中保持時間:0.8小時的通常條件下進(jìn)行超高壓燒結(jié)，燒結(jié)后使用金剛石砂輪研磨上下表面，用電線放電加工裝置分割成一邊為3mm的正三角形狀，另外，將使用具有以質(zhì)量％計Cu:26%,T1:5%、Ni:2.5%、Ag:剩余部分構(gòu)成的組成的Ag合金的釬料，在具有Co:5質(zhì)量％、TaC:5質(zhì)量％、WC:剩余部分的組成及CNGA120412的形狀(厚度:4.76mmX一邊長度:12.7mm的正三角形)的WC基硬質(zhì)合金制刀片主體的釬焊部(刀尖部)進(jìn)行釬焊，外周加工成預(yù)定尺寸之后，在切削刃部實(shí)施寬:0.13mm、角度:25°的刃口修磨加工，并實(shí)施精加工研磨，由此分別制造出具有CNGA120412的刀片形狀的工具基體A?M。
[0069](a)將上述工具基體A?M分別在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，在圖2所示的電弧離子鍍裝置內(nèi)的從旋轉(zhuǎn)臺上的中心軸向半徑方向離預(yù)定距離的位置上沿外周部進(jìn)行安裝，且將具有與表2所示的目標(biāo)組成對應(yīng)的成分組成的由T1-Al合金構(gòu)成的陰極電極，夾著所述旋轉(zhuǎn)臺對置配置。
[0070](b)接著，對裝置內(nèi)進(jìn)行排氣而保持為0.1Pa以下的真空，并且用加熱器將裝置內(nèi)加熱至500°C，之后導(dǎo)入Ar氣體來設(shè)為0.7Pa的氣氛，并且對邊在所述臺上自轉(zhuǎn)邊旋轉(zhuǎn)的工具基體施加-200V的直流偏壓，進(jìn)而通過氬離子轟擊清洗工具基體表面。
[0071](c)接著，向裝置內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體而設(shè)為3Pa的反應(yīng)氣氛，并且對邊在所述旋轉(zhuǎn)臺上自轉(zhuǎn)邊旋轉(zhuǎn)的工具基體施加-50V的直流偏壓，并使100A電流流過所述T1-Al合金與陽極電極之間而產(chǎn)生電弧放電，進(jìn)而在所述工具基體的表面蒸鍍形成表2所示的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的TiAlN層作為硬質(zhì)包覆層。
[0072](d)接著，以表3所示的噴砂條件對上述cBN包覆工具實(shí)施噴砂處理。
[0073](e)接著，關(guān)于實(shí)施上述噴砂處理的cBN包覆工具，對其后刀面以表3所示的研磨條件實(shí)施研磨處理。
[0074]通過上述(a)?(e)的工序分別制造了本發(fā)明cBN包覆工具I?14。
[0075]比較例:
[0076]以比較為目的，變更上述實(shí)施例1中的(d)的噴砂處理?xiàng)l件、(e)的研磨處理?xiàng)l件，并以表3所示的本發(fā)明外的條件進(jìn)行噴砂處理、研磨處理(或不進(jìn)行)，其他以與實(shí)施例1相同的條件，分別制造作為比較例的比較例cBN包覆工具I?13。
[0077]將上述本發(fā)明cBN包覆工具I?14、比較例cBN包覆工具I?13的TiAlN層，通過電子射線顯微分析儀(EPMA)測定硬質(zhì)包覆層的組成的結(jié)果，分別顯示出基本上與目標(biāo)組成相同的組成，并且，使用掃描型電子顯微鏡對其平均層厚進(jìn)行截面測定的結(jié)果，均顯示出與目標(biāo)層厚基本相同的平均值(5處的平均值)。
[0078]在表2中示出其結(jié)果。
[0079]并且，關(guān)于通過上述制作的本發(fā)明cBN包覆工具I?14，通過掃描型電子顯微鏡觀察硬質(zhì)包覆層的縱截面。
[0080]并且，將從前刀面及刃口修磨面的最表面向深度方向到0.5μπι為止的深度區(qū)域作為表面區(qū)域，在該表面區(qū)域，在前刀面上從前刀面及刃口修磨面棱線部向前刀面?zhèn)?0 μ m的位置、在刃口修磨面上在與前刀面的棱線部及與后刀面的棱線部的中央的位置上，寬度IOμ m的范圍內(nèi)分別存在的總晶粒作為對象，求出與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?0.5 μ m、且與基體表面平行的方向的橫長縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒所占的個數(shù)比例。
[0081]并且，對于前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域下部的硬質(zhì)包覆層及后刀面的硬質(zhì)包覆層，觀察其結(jié)晶形態(tài)。
[0082]在表4中示出其結(jié)果。
[0083]另外，前刀面及后刀面的表面區(qū)域中與基體表面平行的結(jié)晶粒徑的測定法、與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比的測定法具體如下。
[0084]對工具基體的前刀面及刃口修磨面的截面進(jìn)行研磨加工之后，通過SEM圖像對其截面進(jìn)行觀察。作為測定條件，使用觀察倍率:10000倍、加速電壓:3kV的條件。在形成硬質(zhì)包覆層表面的晶粒中，與工具基體表面平行地畫出直線，將結(jié)晶截面中最長直徑定義為粒徑。測定了在前刀面上從前刀面及刃口修磨面棱線部向前刀面?zhèn)?0 μ m的位置，在刃口修磨面上與前刀面的棱線部及與后面的棱線部的中央的位置上寬度10 μ m的范圍內(nèi)分別存在的總結(jié)晶的粒徑。
[0085]結(jié)晶的縱橫尺寸比如下計算，即使用與上述同樣的晶粒，以長邊為分子，短邊為分母，計算在晶粒截面最長直徑(長邊)和與其垂直的最長直徑(短邊)的長度之比。
[0086]另外，對于本發(fā)明cBN包覆工具I?14的前刀面的硬質(zhì)包覆層以及后刀面的硬質(zhì)包覆層，通過X射線衍射求出測定(200)的峰值強(qiáng)度I (200)、(111)面的峰值強(qiáng)度I (111)，
I(200)與 I (111)的比值 I (200) /I (111)。
[0087]在表4中示出其結(jié)果。
[0088]根據(jù)X射線衍射的測定方法具體如下。
[0089]分別對工具基體的前刀面、后刀面進(jìn)行測定。以如下測定條件進(jìn)行測定。管電壓:40V、管電流:200mA、2 Θ:20 ?80°、步長:0.02°、計數(shù)時間:0.5sec。
[0090]并且，對于比較例cBN包覆工具I?13，也與本發(fā)明cBN包覆工具I?14的情況相同地，將從前刀面、刃口修磨面及后刀面的最表面向深度方向0.5μπι為止的深度區(qū)域假設(shè)為表面區(qū)域，并求出在該表面區(qū)域中與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?0.5 μ m，且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的TiAlN晶粒在表面區(qū)域的總晶粒數(shù)中所占的個數(shù)比例。
[0091]并且，對于前刀面、刃口修磨面及后刀面的表面區(qū)域下部的硬質(zhì)包覆層及后刀面的硬質(zhì)包覆層，觀察其結(jié)晶形態(tài)。
[0092]另外，對于前刀面的硬質(zhì)包覆層以及后刀面的硬質(zhì)包覆層，根據(jù)X射線衍射求出I(200)與 I (111)的比值 I (200)/1 (111)。
[0093]其結(jié)果示于表5。
[0094][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種表面包覆切削工具，其在由立方晶氮化硼的含量為50?85容量％的立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體的表面蒸鍍形成平均層厚為2?6 μ m的由Ti和Al的復(fù)合氮化物層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，其特征在于， Ca)將上述硬質(zhì)包覆層以組成式=(TinAlx) N表示時，X的值以原子比計為0.30?0.75， (b)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨面中，在其表面區(qū)域形成的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒中，與基體表面平行的方向的結(jié)晶粒徑為0.08?0.5 μ m,且與基體表面平行的方向的橫長的縱橫尺寸比為I?6的晶粒占上述表面區(qū)域的總晶粒數(shù)的90%以上的個數(shù)比例， (C)上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨面的表面區(qū)域的下部的硬質(zhì)包覆層及后刀面的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒由柱狀晶構(gòu)成。
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， 關(guān)于上述表面包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒，通過X射線衍射測定衍射圖案，并求出自(200)面的衍射強(qiáng)度I (200)和自(111)面的衍射強(qiáng)度I(Ill)的比值時，前刀面的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒滿足3 < I (200)/1 (111)<5，另一方面，后刀面的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物晶粒滿足I (200)/1 (111)< 3。
【文檔編號】C23C14/06GK103878555SQ201310703749
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】仙北屋和明, 田中裕介 申請人:三菱綜合材料株式會社