表面包覆切削工具制造技术

本发明专利技术的表面包覆切削工具在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体的表面蒸镀形成由下部层与上部层构成的硬质包覆层，其中，(a)下部层由Ti化合物层构成，Ti化合物层至少一层由TiCN层构成，(b)上部层由α型Al2O3层构成，(c)对于上部层整体的Al2O3晶粒，测量构成原子的共有晶格点分布时，在Σ3存在最高峰，且Σ3的分布比例为70％以上，(d)上部层的Σ3重位晶界中，从下部层与上部层的界面至上部层的最表面连续的Σ3重位晶界比例为60％以上，并且优选下部层的最表层由含氧TiCN层构成，对于上部层的Al2O3晶粒测量倾斜角度数分布时，在0～10度的倾斜角区间内的Al2O3晶粒的度数比例为70％以上，且纵横比为5以上的上部层的Al2O3晶粒的面积比例为80％以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在长期间表现出优异的耐剥离性和耐崩刀性的表面包覆切削工具(以下，称为包覆工具)，尤其在高速、且断续性/冲击性的负荷作用于切削刃的高进给量、高切深量的高速断续切削条件下，进行各种钢或铸铁等的切削加工时，硬质包覆层也能够发挥优异的耐剥离性和耐崩刀性。本申请主张基于2014年5月30日于日本申请的专利申请2014-112772号及2015年5月21日于日本申请的专利申请2015-104021号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
以往，一般已知有在由碳化钨(以下，用WC表示)基硬质合金或碳氮化钛(以下，用TiCN表示)基金属陶瓷构成的基体(以下，将这些统称为工具基体)的表面蒸镀形成有硬质包覆层的包覆工具，该硬质包覆层由以下的(a)及(b)构成。(a)下部层为由Ti的碳化物(以下，用TiC表示)层、氮化物(以下，同用TiN表示)层、碳氮化物(以下，用TiCN表示)层、碳氧化物(以下，用TiCO表示)层及碳氮氧化物(以下，用TiCNO表示)层中的一层或两层以上的Ti化合物层构成，(b)上部层为在进行了化学蒸镀的状态下具有α型晶体结构的氧化铝层(以下，用Al2O3层表示)。然而，如上述的以往的包覆工具，例如在各种钢或铸铁等的连续切削中发挥优异的耐磨性，但将该包覆工具用于高速断续切削的情况下，容易发生包覆层的剥离或崩刀，存在工具寿命变短等问题。因此，为了抑制包覆层的剥离和崩刀，提出有对下部层和上部层进行了改良的各种包覆工具。例如，专利文献1中公开有在由WC基硬质合金或TiCN基金属陶瓷构成的工具基体的表面蒸镀形成硬质包覆层而成的包覆工具，专利文献1的硬质包覆层由以下(a)及(b)构成。(a)作为下部层的由Ti的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层、碳氧化物层及碳氮氧化物层中的一层或两层以上构成且具有3～20μm的整体平均层厚的Ti化合物层，(b)作为上部层的如下氧化铝层：具有1～15μm的平均层厚，且在进行了化学蒸镀的状态下具有α型晶体结构的同时，使用场发射扫描电子显微镜，对存在于表面研磨面的测量范围内的具有刚玉型六方晶晶格的各个晶粒照射电子射线，测量所述表面研磨面的法线与作为所述晶粒的晶面的(0001)面及(10-10)面的法线所成的倾斜角，此时所述晶粒具有在晶格点分别存在由Al及氧构成的构成原子的刚玉型六方晶的晶体结构，根据其结果所得的测量倾斜角，计算在相邻的晶粒的界面中由各个所述构成原子在所述晶粒之间共用一个构成原子的晶格点(构成原子共有晶格点)构成的重位晶界的分布，以ΣN+1表示由在所述构成原子共有晶格点之间不共用构成原子的晶格点存在N个(其中，在刚玉型密排六方晶的晶体结构中N为2以上的偶数，但是从分布频率的观点考虑，将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26)的构成原子共有晶格点形态的重位晶界时，在表示各ΣN+1在ΣN+1总体所占的分布比例的构成原子共有晶格点分布图表中，显示出在Σ3存在最高峰，且所述Σ3在ΣN+1总体中所占的分布比例为60～80％的构成原子共有晶格点分布图表。已知由该包覆工具在高速断续切削加工中表现出优异的耐崩刀性。并且，专利文献2中提出有，在工具基体的表面包覆下部层和氧化铝层的包覆工具，或者工具基体与下部层之间隔着中间层在下部层上包覆了氧化铝层的包覆工具中，通过将该氧化铝层的Σ3重位晶界比率设为80％以上，来改善耐崩刀性和耐月牙洼磨损性。并且，专利文献3中的一种表面包覆切削工具是将下部层为Ti化合物层、上部层为将由α型Al2O3层构成的硬质包覆层蒸镀形成而成的，其中，将下部层正上方的Al2O3晶粒的30～70面积％设为(11-20)取向Al2O3晶粒，将上部层的所有Al2O3晶粒的45面积％以上设为(0001)取向Al2O3晶粒，进一步优选在下部层的最表层中形成仅在至500nm的深度区域内含有0.5～3原子％的氧的含氧TiCN层，并且，将下部层最表层的含氧TiCN晶粒数与在下部层与上部层的界面中的Al2O3晶粒数的比值设为0.01～0.5。由此提出在表面包覆切削工具的高速重切削和高速断续切削中改善耐剥离性和耐崩刀性的方案。专利文献专利文献1：日本专利公开2006-198735号公报(A)专利文献2：国际公开第2013/038000号(A)专利文献3：日本专利公开2013-63504号公报(A)近年来，切削装置的高性能化非常显著，另一方面强烈要求对切削加工的省力化及节能化、还有低成本化。伴随与此，切削加工进一步高速化，并具有在高切深量或高进给量等的重切削、断续切削等中有高负荷作用于切削刃的倾向。将上述以往的包覆工具用于钢或铸铁等的通常条件下的连续切削时并没有问题。但是，将以往的包覆工具在高速断续重切削条件下使用时，构成硬质包覆层的由Ti化合物层构成的下部层与由Al2O3层构成的上部层的粘附强度不充分，皮膜的韧性也不够充分。因此，发生上部层与下部层之间的剥离、崩刀等异常损害，在较短时间内达到工具寿命。因此，本专利技术人从上述观点出发，为了提升崩刀、剥离等的耐异常损害性，及进一步实现工具寿命的长寿命化，通过以下方式进行了深入的研究，即通过改善由Ti化合物层构成的下部层与由Al2O3层构成的上部层的粘附性，来防止发生剥离、崩刀等的异常损害的同时提高Al2O3层的韧性。其结果得出如下见解：包覆形成有由Ti化合物层构成的下部层与由Al2O3层构成的上部层的包覆工具中，在示出由Al2O3层构成的重位晶界总长中所占的、由各构成原子共有晶格点构成的重位晶界长度的比例的重位晶界分布图表中，Σ3至Σ29的范围内，在Σ3存在最高峰，在提高Σ3重位晶界的分布比例的同时，提高具有所述下部层与所述上部层的界面至所述上部层的最表面连续的Σ3的构成原子共有晶格点形态的晶界的比例，由此可实现耐剥离性提高。
技术实现思路
本专利技术是根据上述见解，经过反复深入的研究而完成的，具有以下方式。(1)一种表面包覆切削工具，具备由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体与在该工具基体的表面蒸镀形成的硬质包覆层，其中，所述硬质包覆层具有在工具基体的表面形成的下部层与在该下部层上形成的上部层，(a)所述下部层具有3～20μm的合计平均层厚，并由Ti化合物层构成，所述Ti化合物层由TiC、TiN、TiCN、TiCO、TiCNO中的两层以上构成，其中的至少一层由TiCN层构成；(b)所述上部层具有2～20μm的平均层厚，并由在进行了化学蒸镀的状态下具有α型晶体结构的Al2O3层构成；(c)对于所述上部层的Al2O3晶粒，使用场发射扫描电子显微镜和电子背散射衍射装置，对存在于截面研磨面的测量范围内的各晶粒照射电子射线，测量由刚玉型六方晶晶格构成的各个晶格面的法线的取向，从该测量结果计算相邻的晶格之间的晶体取向关系，并计算由构成晶格界面的各个构成原子在所述晶格之间共用一个构成原子的晶格点(称为“构成原子共有晶格点”)构成的重位晶界的分布，以ΣN+1表示所述构成原子共有晶格点之间不共用构成原子的晶格点存在N个(其中，在刚玉型密排六方晶的晶体结构中N为2以上的偶数，但是从分布频率的观点考虑，将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26)的构成原子共有晶格点形态时，计算各自的分布比例，表示Σ3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆切削工具，具备：工具基体，由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成；及硬质包覆层，在该工具基体的表面蒸镀形成，其中，所述硬质包覆层具有在工具基体的表面形成的下部层与在该下部层上形成的上部层，(a)所述下部层具有3～20μm的合计平均层厚，并由Ti化合物层构成，所述Ti化合物层由TiC、TiN、TiCN、TiCO、TiCNO中的两层以上构成，其中的至少一层由TiCN层构成；(b)所述上部层具有2～20μm的平均层厚，并由在进行了化学蒸镀的状态下具有α型晶体结构的Al2O3层构成；(c)对于所述上部层整体的Al2O3晶粒，使用场发射扫描电子显微镜和电子背散射衍射装置，对存在于截面研磨面的测量范围内的各晶粒照射电子射线，测量由刚玉型六方晶晶格构成的各个晶格面的法线的取向，从该测量结果计算相邻的晶格之间的晶体取向关系，并计算构成晶格界面的各个构成原子在所述晶格之间共用一个构成原子的晶格点、即构成原子共有晶格点的分布，以ΣN+1表示所述构成原子共有晶格点之间不共用构成原子的晶格点存在N个的构成原子共有晶格点形态时，计算各自的分布比例，表示Σ3至Σ29的范围内的重位晶界总长中所占的由各构成原子共有晶格点形态构成的重位晶界的比例的重位晶界分布图表中，在Σ3至Σ29的范围内，在Σ3存在最高峰，且所述Σ3的分布比例占Σ3至Σ29的范围内的70％以上，其中，在刚玉型密排六方晶的晶体结构中N为2以上的偶数，但是从分布频率的观点考虑，将N的上限设为28时，不存在偶数4、8、14、24及26；(d)分布于所述上部层整体的Al2O3晶粒中的具有Σ3的构成原子共有晶格点形态的晶界中，具有从所述下部层与所述上部层的界面至所述上部层的最表面连续的Σ3的构成原子共有晶格点形态的晶界比例为60％以上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.30 JP 2014-112772;2015.05.21 JP 2015-104021.一种表面包覆切削工具，具备：工具基体，由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成；及硬质包覆层，在该工具基体的表面蒸镀形成，其中，所述硬质包覆层具有在工具基体的表面形成的下部层与在该下部层上形成的上部层，(a)所述下部层具有3～20μm的合计平均层厚，并由Ti化合物层构成，所述Ti化合物层由TiC、TiN、TiCN、TiCO、TiCNO中的两层以上构成，其中的至少一层由TiCN层构成；(b)所述上部层具有2～20μm的平均层厚，并由在进行了化学蒸镀的状态下具有α型晶体结构的Al2O3层构成；(c)对于所述上部层整体的Al2O3晶粒，使用场发射扫描电子显微镜和电子背散射衍射装置，对存在于截面研磨面的测量范围内的各晶粒照射电子射线，测量由刚玉型六方晶晶格构成的各个晶格面的法线的取向，从该测量结果计算相邻的晶格之间的晶体取向关系，并计算构成晶格界面的各个构成原子在所述晶格之间共用一个构成原子的晶格点、即构成原子共有晶格点的分布，以ΣN+1表示所述构成原子共有晶格点之间不共用构成原子的晶格点存在N个的构成原子共有晶格点形态时，计算各自的分布比例，表示Σ3至Σ29的范围内的重位晶界总长中所占的由各构成原子共有晶格点形态构成的重位晶界的比例的重位晶界分布图表中，在Σ3至Σ29的范围内，在Σ3存在最高峰，且所述Σ3的分布比例占...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥出正树，山口健志，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP