包覆切削工具部件和在切削工具基體表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種包覆切削工具部件，這種包覆切削工具部件在伴隨著產(chǎn)生高熱的高速切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的情況下，不僅能夠發(fā)揮良好的耐摩耗性，而且，即使在以高進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下進(jìn)行上述切削加工的情況下，也能發(fā)揮良好的耐卷刃性。在該包覆切削工具部件中，在硬質(zhì)基體表面上，經(jīng)過物理蒸鍍，以１～１０μｍ的平均層厚，形成從Ｔｉ與Ａｌ的復(fù)合氮化物、復(fù)合碳氮化物中選擇的硬質(zhì)包覆層，上述硬質(zhì)包覆層共存地含有相對于金屬元素總量的原子比為０．００２～０．１的Ｚｒ及０．０００５～０．０５的Ｙ、Ｃｅ的一種以上。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種包覆切削工具部件，這種包覆切削工具部件由于其硬質(zhì)包覆層不僅具有良好的高溫硬度，而且具有更好的高溫強(qiáng)度，因此，在伴隨著產(chǎn)生高熱的高速切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的情況下，不僅能夠發(fā)揮良好的耐摩耗性，而且，即使以高進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件進(jìn)行上述切削加工，也能發(fā)揮良好的耐卷刃性。
技術(shù)介紹
以往，一般的切削工具具有在各種鋼或鑄鐵等被切削材料的車削加工或刨削加工中使用的、可自由裝卸地安裝在車刀或刀具尖端的鑲?cè)校粚ι鲜霰磺邢鞑牧线M(jìn)行開孔加工等使用的鉆頭或小型鉆頭；以及在上述被切削材料的端面切削加工或者切槽加工、凸緣切削加工等方面使用的實(shí)心型立銑刀等，另外，還有把上述鑲?cè)锌勺杂裳b卸地安裝在本體尖端部并與上述實(shí)心型立銑刀同樣地進(jìn)行切削加工的鑲?cè)惺搅姷豆ぞ叩龋@些都是公知的技術(shù)。進(jìn)一步，以往，作為一般的上述切削工具，有按照下述方式構(gòu)成的包覆切削工具，即在碳化鎢(以下用WC表示)基超硬合金基體、碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷或立方晶氮化硼(以下用c-BN表示)基燒結(jié)材料基體(以下將這些總稱為硬質(zhì)基體)的表面上，以0.5～10μm的平均層厚，形成例如Ti的氮化物(以下用TiN表示)層、Ti的碳氮化物(以下用TiCN表示)層、Ti與Al的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al)N表示)層等的硬質(zhì)覆膜，這種包覆切削工具是已知技術(shù)。另外，將這種包覆切削工具用于鋼或鑄鐵等的連續(xù)切削或斷續(xù)切削也是公知的技術(shù)。再者，作為上述包覆切削工具的硬質(zhì)覆膜，公知的有例如(Ti，Al)N層，(Ti，Al)N層通過下述方式形成，例如特開昭62-56565號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)，使用圖2概略說明圖所表示的電弧離子鍍裝置，在例如把裝置內(nèi)用加熱器加熱到500℃溫度的狀態(tài)下，在陽極電極和設(shè)置具有與目標(biāo)覆膜組成相對應(yīng)的組成的Ti-Al合金的陰極電極(蒸發(fā)源)之間，在例如電流90A的條件下產(chǎn)生電弧放電，同時(shí)將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈱?dǎo)入裝置內(nèi)，以例如反應(yīng)氣氛為3Pa，并在硬質(zhì)基體上施加例如-200V偏壓電壓的條件下，進(jìn)行物理蒸鍍。另外，上述以往包覆切削工具中的、在基體表面覆蓋有TiN層的包覆切削工具，在普通條件的切削加工中使用的情況下，雖然顯示出良好的壽命特性，但是，在用于高速條件的切削加工中的情況下，摩耗的進(jìn)行使這種刀具過早地達(dá)到使用壽命，而覆蓋有TiCN層或(Ti，Al)N層的包覆切削工具，特別是覆蓋有(Ti，Al)N層的包覆切削工具，由于(Ti，Al)N層的改進(jìn)的高溫硬度、耐氧化性的效果，即使在高速條件的切削加工中，也能顯示出非常出色的耐摩耗性，因而，這種(Ti，Al)N層當(dāng)前作為包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層得到了廣泛的使用，已是公知的技術(shù)。還有，以進(jìn)一步提高上述(Ti，Al)N層的耐氧化性及高溫特性為目的，形成上述(Ti，Al)N層的公知技術(shù)有例如特開平7-310174號(hào)公報(bào)、特開平8-199338號(hào)公報(bào)、特開平9-295204號(hào)公報(bào)、特開平11-131215號(hào)公報(bào)所記載，在上述硬質(zhì)包覆層上以置換Ti和/或Al的形式含有Si、Y、Zr、V、Nb、Cr等的第3金屬的各種(Ti，Al，X)N層的物理蒸鍍法。其中，添加Si的、滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXSiY)NZC1-Z)(其中，用原子比表示x0.05～0.75、y0.01～0.1、z0.6～1)的Ti、Al與Si的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al，Si)N表示)層；或者添加有Y的、滿足分子式(TiaAlbYc)CXN1-X)(其中，用原子比表示a0.3～0.7、b0.3～0.7、c0.01～2、x0～1)的Ti、Al及Y的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al，Y)N表示)層，其耐氧化性的改善效果特別好，這也是公知的。上述耐氧化性得到進(jìn)一步改善的覆蓋有(Ti，Al，Si)N層的包覆切削工具，特別是在高硬度鋼的切削加工中發(fā)揮出比(Ti，Al)N層更好的切削性能，這也是公知的。進(jìn)一步，作為包覆切削工具，人們提出了經(jīng)過物理蒸鍍在上述硬質(zhì)基體表面上，以1～15μm的平均層厚，形成滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.45～0.65、Y0.1～0.15)的Ti、Al與Zr的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al，Zr)N表示)層組成的硬質(zhì)包覆層而構(gòu)成的包覆切削工具，該包覆切削工具由于構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的上述(Ti，Al，Zr)N層具有良好的高溫特性(高溫硬度及耐熱性、高溫強(qiáng)度)，因此，用于伴隨發(fā)生高熱的各種鋼或鑄鐵等高速連續(xù)切削或高速斷續(xù)切削加工中，這也已經(jīng)是公知技術(shù)。此外，上述包覆切削工具是通過下述方法制造的將上述硬質(zhì)基體裝入例如圖2概略說明圖所示的作為物理蒸鍍裝置的一種的電弧離子鍍裝置中，用加熱器將裝置內(nèi)加熱到例如400℃溫度的狀態(tài)下，在陽極電極和設(shè)置具有給定成分的Ti-Al-Zr合金的陰極電極之間，在例如電流90A的條件下產(chǎn)生電弧放電，同時(shí)將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈱?dǎo)入裝置內(nèi)，以例如反應(yīng)氣氛為2Pa，并在硬質(zhì)基體上施加例如-200V偏壓電壓的條件下，在上述硬質(zhì)基體的表面上，通過蒸鍍形成由上述(Ti，Al，Zr)N層組成的硬質(zhì)包覆層，這也是公知技術(shù)。隨著近年來切削加工裝置高性能化的崛起，一方面對切削加工要求省力化及節(jié)能化，另一方面，迫切要求低成本化。隨之，還渴望得到下述的包覆切削工具，這種包覆切削工具，在伴隨發(fā)生高熱的高速切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的情況下，不僅能發(fā)揮良好的切削性能，而且，即使在以高進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下進(jìn)行上述切削加工的情況下，也能發(fā)揮良好的切削性能。另一方面，目前的現(xiàn)狀是，在基體表面上覆蓋有上述(Ti，Al)N層或(Ti，Al，Si)N層或(Ti，Al，Zr)N層的包覆切削工具，雖然在高速條件的切削加工中能顯示出良好的耐摩耗性，但是，在更高的進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下進(jìn)行上述高速切削加工的情況下，很容易發(fā)生卷刃，在短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了使用壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于此，本專利技術(shù)者等從上述觀點(diǎn)出發(fā)，為了開發(fā)特別是在高速強(qiáng)力切削加工中使硬質(zhì)包覆層發(fā)揮良好的耐卷刃性的包覆切削工具，著眼于構(gòu)成上述以往的包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層，進(jìn)行了研究，結(jié)果如下(a)利用上述圖2所示的電弧離子鍍裝置形成的作為以往硬質(zhì)包覆層的(Ti，Al，Zr)N層，雖然沿著全部的厚度具有均質(zhì)的強(qiáng)度與韌性、高溫硬度與耐熱性以及高溫強(qiáng)度，但是，由于利用例如圖1A以概略平面圖、圖1B以概略正面圖所示結(jié)構(gòu)的電弧離子鍍裝置在裝置中央部設(shè)有基體安裝用旋轉(zhuǎn)臺(tái)，隔著上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)在一側(cè)配置有上述以往(Ti，Al，Zr)N層形成中作為陰極電極使用的相當(dāng)于Ti-Al-Zr合金的Al含量相對高的Ti-Al-Zr合金，在另一側(cè)配置有Al含量相對低的Ti-Al-Zr合金，無論是Al含量相對高的Ti-Al-Zr合金，還是Al含量相對低的Ti-Al-Zr合金，都可以作為陰極電極使用，且兩者對峙地配置著，在該裝置的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，在朝半徑方向上離開上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸的位置安裝硬質(zhì)基體，在這種狀態(tài)下，使裝置內(nèi)的反應(yīng)氣氛為氮?dú)鈿夥詹⑹股鲜鲂D(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)蒸鍍所形成的硬質(zhì)包覆層的層厚均勻化的目的，也讓硬質(zhì)基體本身自轉(zhuǎn)，并在上述兩側(cè)的陰極電極與陽極電極之間產(chǎn)生電弧放電的條件下形成(本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在高速強(qiáng)力切削條件下，硬質(zhì)包覆層發(fā)揮良好的耐卷刃性的包覆切削工具部件，在硬質(zhì)基體表面上，經(jīng)過物理蒸鍍，以１～１５μｍ的整體平均層厚形成Ｔｉ、Ａｌ及Ｚｒ的復(fù)合氮化物層組成的硬質(zhì)包覆層，其特征是，所述硬質(zhì)包覆層具有Ａｌ成分最高含有點(diǎn) 與Ａｌ成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向以給定間隔交替反復(fù)地存在、而且從所述Ａｌ成分最高含有點(diǎn)向所述Ａｌ成分最低含有點(diǎn)以及從所述Ａｌ成分最低含有點(diǎn)向所述Ａｌ成分最高含有點(diǎn)的Ａｌ成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；而且，所述Ａｌ成分最高含有點(diǎn)滿 足分子式：（Ｔｉ↓［１－（Ｘ＋Ｙ）］Ａｌ↓［Ｘ］Ｚｒ↓［Ｙ］）Ｎ（其中，用原子比表示Ｘ為０．４５～０．６５、Ｙ：０．０１～０．１５）；所述Ａｌ成分最低含有點(diǎn)滿足分子式：（Ｔｉ↓［１－（Ｘ＋Ｙ）］Ａｌ↓［Ｘ］Ｚｒ↓［Ｙ］）Ｎ（其中，用 原子比表示Ｘ為０．１５～０．４０、Ｙ：０．０１～０．１５）；且相鄰的所述Ａｌ成分最高含有點(diǎn)與Ａｌ成分最低含有點(diǎn)的間隔為０．０１～０．１μｍ。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高岡秀充，中村惠滋，
申請(專利權(quán))人：三菱麻鐵里亞爾株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]