高速重切削用表面涂覆硬質合金制造的切削工具制造技術

提供一種在重切削條件下切刃部位發揮優越耐崩刃性的表面涂覆硬質合金制造的切削工具，在碳化鎢基硬質合金基體的表面上以０．８－１０μｍ的總平均層厚蒸發形成由每層平均層厚０．０１－０．１μｍ的第１薄層和第２薄層交互多重疊層構成的硬質涂覆層，而且以氮化鈦構成上述第１薄層，以結晶構造ｋ型的氧化鋁層構成上述第２薄層，同時上述第１薄層在硬質涂覆層中所占的比例為７０－９５質量％。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及特別是在高切深與高進刀等的重切削條件下，不發生切刃部位崩刃(微小缺口)，并可發揮優越耐磨性的表面涂覆硬質合金制造的切削工具(以下稱涂覆硬質合金工具)。本專利技術還涉及在用于伴隨發生高熱的鋼等的高速切削的場合，切刃部位可發揮優越耐熱塑性變形性的表面涂覆硬質合金制造的切削工具。本專利技術又涉及特別是在伴隨高的機械熱沖擊的高速斷續切削條件下進行鋼與鑄鐵等的切削加工的場合，不發生切刃部位崩刃(微小缺口)，并可發揮優越耐磨性的表面涂覆硬質合金制造的切削工具。另外，在一般情況下，構成上述涂覆硬質合金工具的硬質涂覆層的Ti化合物層與Al2O3層具有粒狀結晶組織，再例如如特開平6-8010號公報與特開平7-328808號公報中所記載的，構成上述Ti化合物層的TiCN層，以改善層自身韌性為目的，在通常的化學蒸發裝置中作為反應氣體使用含有有機碳氮化物的混合氣體，利用在700-950的中溫溫度區域的化學蒸發形成并保持縱深生長結晶組織也是已知的。另一方面，對于近年來的切削加工的省力化和節能(エネ)化，而且低成本化的要求更強，與此相伴，與切削機械的高性能化相結合，切削加工有在高切深與高進刀等的重切削條件下進行的傾向，因此在上述以前涂覆硬質合金工具的場合，在鋼和鑄鐵等的通常條件下的切削加工中使用它們的場合是沒有問題的，如在重切削條件下的切削加工中使用它們，特別時構成硬質涂覆層的上述上層的Al2O3層具有優越的高溫強度和耐熱性，由于韌性差，切刃部位易于發生崩刃，其結果致使使用壽命時間比較短。另外，如在高速切削條件下使用它們，由于切削時產生高熱，特別是構成硬質涂覆層的上述下層的高溫強度和耐熱性不足的原因切刃部位易于發生熱塑性變形，由于該熱塑性變形磨損處于偏磨損狀態，其結果促使切刃部位的磨損顯著進行，致使使用壽命時間比較短。另外，如在伴隨著高的機械熱沖擊的高速斷續切削中使用它們，特別是構成硬質涂覆層的上述上層的Al2O3層具有優越的高溫強度和耐熱性，由于韌性差，切刃部位易于發生崩刃，其結果致使使用壽命時間比較短。另外，如在伴隨著高的機械熱沖擊的高速斷續切削中使用它們，特別是構成硬質涂覆層的上層的Al2O3層，由于切削時與下層的Ti化合物層比較與被切削材料優先相接，Al2O3層本身直接遭受大的機械熱沖擊，切刃部位發生崩刃，由此原因致使使用壽命時間比較短。還有，如在高速切削條件下使用它們，特別是與構成硬質涂覆層的上述上層和下層熱傳導性相對的好，順便說一下，構成上層的Al2O3的熱傳導率為6W/mK，同樣構成下層的，例如TiN的熱傳導率為14W/mK，切削時被切削材料與硬質涂覆層之間產生的高熱使硬質合金基體受影響，切刃部位的熱塑性變形不可避免，由于該熱塑性變形磨損處于偏磨損狀態，其結果促使切刃部位的磨損顯著進行，致使使用壽命時間比較短。本專利技術特征在于以上述研究結果為基礎，在硬質合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均厚度蒸發形成各平均厚度為0.01-0.1μm的第1薄層和第2薄層的交互多重疊層構成的硬質涂覆層，而且上述第1薄層以TiN層構成，上述第2薄層以κ型Al2O3層構成，同時上述第1薄層在硬質涂覆層中占的比例為70-95質量％，構成在重切削條件下切刃部位可發揮優越耐崩刃性的涂覆硬質合金工具。還有，關于該專利技術的涂覆硬質合金工具，構成硬質涂覆層的交互多重疊層的第1薄層和第2薄層的各平均層厚分別為0.01-0.1μm，其理由是，對于任何薄層，如其平均厚度不足0.01μm，每個薄層所具有的特性，即第1薄層的優越的耐崩刃性和第2薄層的優越的耐磨性在硬質涂覆層上不完全具備，另一方面，如其平均層厚分別超過0.1μm，每個薄層所具有的問題，即第1薄層耐磨性低和第2薄層耐崩刃性低呈現在硬質涂覆層上。另外，構成本專利技術的涂覆硬質合金工具的硬質涂覆層的第1薄層的TiN層在硬質涂覆層中所占的比例為70-95質量％，其理由是，如該比例不足70質量％，第2薄層κ型Al2O3層的比例過多，在重切削條件下的切削加工中切刃部位易發生崩刃；另一方面，如其比例超過95質量％，第2薄層κ型Al2O3層的比例過少，耐磨性急劇下降。再者，硬質涂覆層的總平均層厚為0.8-10μm，其理由是，如該層厚不足0.8μm，不能確保所希望的優越的耐磨性；另一方面，如該層厚超過10μm，切刃部位易發生缺口與崩刃。另外，本專利技術人等進行開發研究在伴隨發生高熱的高速切削中切刃部位不發生熱塑性變形的涂覆硬質合金工具的結果，得到以下的研究結果，在涂覆硬質合金工具的硬質涂覆層的構成層特定為κ型Al2O3層與TiN層方面，這2層交互多重疊層，同時使其各層厚為平均層厚0.01-0.1μm的極薄的薄層，在上述κ型Al2O3層在硬質涂覆層中占的比例為60-90質量％的狀態，如以總平均層厚為0.8-10μm構成硬質涂覆層，該硬質涂覆層由于按上述兩薄層的薄膜化交互多重疊層構造，各薄層的持有特性，即具有優越的高溫硬度(高溫強度)與耐熱性的κ型Al2O3層(以下稱第1薄層)與具有優越韌性的TiN層(以下稱第2薄層)的共存效果，該硬質涂覆層具備優越的耐熱塑性變形性，其結果的涂覆硬質合金工具特別是在伴隨發生高熱的鋼與鑄鐵等的高速切削加工中使用它們，切刃部位不發生缺口與崩刃(微小缺口)，且顯著抑制偏磨損原因的熱塑性變形的發生，可長期發揮優越的耐磨損性。本專利技術特征在于以上述研究結果為基礎，在硬質合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均層厚蒸發形成各平均層厚為0.01-0.1μm的第1薄層和第2薄層的交互多重疊層構成的硬質涂覆層，而且以上述第1薄層κ型Al2O3層，上述第2薄層TiN層構成，同時上述第1薄層在硬質涂覆層中占的比例為60-90質量％，構成在高速切削下切刃部位可發揮優越耐熱塑性變形性的涂覆硬質合金工具。還有，關于本專利技術的涂覆硬質合金工具，構成硬質涂覆層的交互多重疊層的第1薄層和第2薄層的各平均層厚各自為0.01-0.1μm，其理由是，對于任何薄層，如其平均厚度不足0.01μm，每個薄層所具有的特性，即第1薄層的優越的高溫硬度與耐熱性，第2薄層的優越的韌性在硬質涂覆層上不完全具備，其結果不能確保所希望的耐熱塑性變形性；另一方面，如其平均層厚分別超過0.1μm，每個薄層所具有的問題，即第1薄層耐缺損性低和第2薄層熱塑性變形呈現在硬質涂覆層上。另外，構成本專利技術的涂覆硬質合金工具的硬質涂覆層的第1薄層的κ型Al2O3層在硬質涂覆層中所占的比例為60-90質量％，其理由是，如該比例不足60質量％，第2薄層TiN層的比例過多，在伴隨產生高熱的高速切削下硬質涂覆層中易發生熱塑性變形，這引起偏磨損，進而促使磨損；另一方面，如其比例超過90質量％，第2薄層TiN層的比例過少，不可避免使硬質涂覆層的韌性下降，其結果切刃部位發生缺口與崩刃。再者，硬質涂覆層的總平均層厚為0.8-10μm，其理由是，如該層厚不足0.8μm，不能確保所希望的優越的耐磨性；另一方面，如該層厚超過10μm，切刃部位易發生缺口與崩刃。另外，本專利技術人等進行開發研究在高速斷續切削條件下的切削加工中發揮優越耐崩刃性的涂覆硬質合金工具的結果，得到以下的研究結果，在涂覆硬質合金工具的硬質涂覆層的構成層特定為TiN層與κ型Al2O3層方面，這2層交互本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在重切削條件下切刃部位發揮優越耐崩刃性的表面涂覆硬質合金制造的切削工具，其特征在于在碳化鎢基硬質合金基體的表面上以０．８－１０μｍ的總平均層厚蒸發形成由每層平均層厚０．０１－０．１μｍ的第１薄層和第２薄層交互多重疊層構成的硬質涂覆層，而且以氮化鈦構成上述第１薄層，以結晶構造ｋ型的氧化鋁構成上述第２薄層，同時上述第１薄層在硬質涂覆層中所占的比例為７０－９５質量％。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：大鹿高歲，植田稔晃，
申請(專利權)人：三菱綜合材料株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]