高速重切削用表面涂覆硬质合金制造的切削工具制造技术

提供一种在重切削条件下切刃部位发挥优越耐崩刃性的表面涂覆硬质合金制造的切削工具，在碳化钨基硬质合金基体的表面上以０．８－１０μｍ的总平均层厚蒸发形成由每层平均层厚０．０１－０．１μｍ的第１薄层和第２薄层交互多重叠层构成的硬质涂覆层，而且以氮化钛构成上述第１薄层，以结晶构造ｋ型的氧化铝层构成上述第２薄层，同时上述第１薄层在硬质涂覆层中所占的比例为７０－９５质量％。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别是在高切深与高进刀等的重切削条件下，不发生切刃部位崩刃(微小缺口)，并可发挥优越耐磨性的表面涂覆硬质合金制造的切削工具(以下称涂覆硬质合金工具)。本专利技术还涉及在用于伴随发生高热的钢等的高速切削的场合，切刃部位可发挥优越耐热塑性变形性的表面涂覆硬质合金制造的切削工具。本专利技术又涉及特别是在伴随高的机械热冲击的高速断续切削条件下进行钢与铸铁等的切削加工的场合，不发生切刃部位崩刃(微小缺口)，并可发挥优越耐磨性的表面涂覆硬质合金制造的切削工具。另外，在一般情况下，构成上述涂覆硬质合金工具的硬质涂覆层的Ti化合物层与Al2O3层具有粒状结晶组织，再例如如特开平6-8010号公报与特开平7-328808号公报中所记载的，构成上述Ti化合物层的TiCN层，以改善层自身韧性为目的，在通常的化学蒸发装置中作为反应气体使用含有有机碳氮化物的混合气体，利用在700-950的中温温度区域的化学蒸发形成并保持纵深生长结晶组织也是已知的。另一方面，对于近年来的切削加工的省力化和节能(エネ)化，而且低成本化的要求更强，与此相伴，与切削机械的高性能化相结合，切削加工有在高切深与高进刀等的重切削条件下进行的倾向，因此在上述以前涂覆硬质合金工具的场合，在钢和铸铁等的通常条件下的切削加工中使用它们的场合是没有问题的，如在重切削条件下的切削加工中使用它们，特别时构成硬质涂覆层的上述上层的Al2O3层具有优越的高温强度和耐热性，由于韧性差，切刃部位易于发生崩刃，其结果致使使用寿命时间比较短。另外，如在高速切削条件下使用它们，由于切削时产生高热，特别是构成硬质涂覆层的上述下层的高温强度和耐热性不足的原因切刃部位易于发生热塑性变形，由于该热塑性变形磨损处于偏磨损状态，其结果促使切刃部位的磨损显著进行，致使使用寿命时间比较短。另外，如在伴随着高的机械热冲击的高速断续切削中使用它们，特别是构成硬质涂覆层的上述上层的Al2O3层具有优越的高温强度和耐热性，由于韧性差，切刃部位易于发生崩刃，其结果致使使用寿命时间比较短。另外，如在伴随着高的机械热冲击的高速断续切削中使用它们，特别是构成硬质涂覆层的上层的Al2O3层，由于切削时与下层的Ti化合物层比较与被切削材料优先相接，Al2O3层本身直接遭受大的机械热冲击，切刃部位发生崩刃，由此原因致使使用寿命时间比较短。还有，如在高速切削条件下使用它们，特别是与构成硬质涂覆层的上述上层和下层热传导性相对的好，顺便说一下，构成上层的Al2O3的热传导率为6W/mK，同样构成下层的，例如TiN的热传导率为14W/mK，切削时被切削材料与硬质涂覆层之间产生的高热使硬质合金基体受影响，切刃部位的热塑性变形不可避免，由于该热塑性变形磨损处于偏磨损状态，其结果促使切刃部位的磨损显著进行，致使使用寿命时间比较短。本专利技术特征在于以上述研究结果为基础，在硬质合金基体的表面上以0.8-10μm的总平均厚度蒸发形成各平均厚度为0.01-0.1μm的第1薄层和第2薄层的交互多重叠层构成的硬质涂覆层，而且上述第1薄层以TiN层构成，上述第2薄层以κ型Al2O3层构成，同时上述第1薄层在硬质涂覆层中占的比例为70-95质量％，构成在重切削条件下切刃部位可发挥优越耐崩刃性的涂覆硬质合金工具。还有，关于该专利技术的涂覆硬质合金工具，构成硬质涂覆层的交互多重叠层的第1薄层和第2薄层的各平均层厚分别为0.01-0.1μm，其理由是，对于任何薄层，如其平均厚度不足0.01μm，每个薄层所具有的特性，即第1薄层的优越的耐崩刃性和第2薄层的优越的耐磨性在硬质涂覆层上不完全具备，另一方面，如其平均层厚分别超过0.1μm，每个薄层所具有的问题，即第1薄层耐磨性低和第2薄层耐崩刃性低呈现在硬质涂覆层上。另外，构成本专利技术的涂覆硬质合金工具的硬质涂覆层的第1薄层的TiN层在硬质涂覆层中所占的比例为70-95质量％，其理由是，如该比例不足70质量％，第2薄层κ型Al2O3层的比例过多，在重切削条件下的切削加工中切刃部位易发生崩刃；另一方面，如其比例超过95质量％，第2薄层κ型Al2O3层的比例过少，耐磨性急剧下降。再者，硬质涂覆层的总平均层厚为0.8-10μm，其理由是，如该层厚不足0.8μm，不能确保所希望的优越的耐磨性；另一方面，如该层厚超过10μm，切刃部位易发生缺口与崩刃。另外，本专利技术人等进行开发研究在伴随发生高热的高速切削中切刃部位不发生热塑性变形的涂覆硬质合金工具的结果，得到以下的研究结果，在涂覆硬质合金工具的硬质涂覆层的构成层特定为κ型Al2O3层与TiN层方面，这2层交互多重叠层，同时使其各层厚为平均层厚0.01-0.1μm的极薄的薄层，在上述κ型Al2O3层在硬质涂覆层中占的比例为60-90质量％的状态，如以总平均层厚为0.8-10μm构成硬质涂覆层，该硬质涂覆层由于按上述两薄层的薄膜化交互多重叠层构造，各薄层的持有特性，即具有优越的高温硬度(高温强度)与耐热性的κ型Al2O3层(以下称第1薄层)与具有优越韧性的TiN层(以下称第2薄层)的共存效果，该硬质涂覆层具备优越的耐热塑性变形性，其结果的涂覆硬质合金工具特别是在伴随发生高热的钢与铸铁等的高速切削加工中使用它们，切刃部位不发生缺口与崩刃(微小缺口)，且显著抑制偏磨损原因的热塑性变形的发生，可长期发挥优越的耐磨损性。本专利技术特征在于以上述研究结果为基础，在硬质合金基体的表面上以0.8-10μm的总平均层厚蒸发形成各平均层厚为0.01-0.1μm的第1薄层和第2薄层的交互多重叠层构成的硬质涂覆层，而且以上述第1薄层κ型Al2O3层，上述第2薄层TiN层构成，同时上述第1薄层在硬质涂覆层中占的比例为60-90质量％，构成在高速切削下切刃部位可发挥优越耐热塑性变形性的涂覆硬质合金工具。还有，关于本专利技术的涂覆硬质合金工具，构成硬质涂覆层的交互多重叠层的第1薄层和第2薄层的各平均层厚各自为0.01-0.1μm，其理由是，对于任何薄层，如其平均厚度不足0.01μm，每个薄层所具有的特性，即第1薄层的优越的高温硬度与耐热性，第2薄层的优越的韧性在硬质涂覆层上不完全具备，其结果不能确保所希望的耐热塑性变形性；另一方面，如其平均层厚分别超过0.1μm，每个薄层所具有的问题，即第1薄层耐缺损性低和第2薄层热塑性变形呈现在硬质涂覆层上。另外，构成本专利技术的涂覆硬质合金工具的硬质涂覆层的第1薄层的κ型Al2O3层在硬质涂覆层中所占的比例为60-90质量％，其理由是，如该比例不足60质量％，第2薄层TiN层的比例过多，在伴随产生高热的高速切削下硬质涂覆层中易发生热塑性变形，这引起偏磨损，进而促使磨损；另一方面，如其比例超过90质量％，第2薄层TiN层的比例过少，不可避免使硬质涂覆层的韧性下降，其结果切刃部位发生缺口与崩刃。再者，硬质涂覆层的总平均层厚为0.8-10μm，其理由是，如该层厚不足0.8μm，不能确保所希望的优越的耐磨性；另一方面，如该层厚超过10μm，切刃部位易发生缺口与崩刃。另外，本专利技术人等进行开发研究在高速断续切削条件下的切削加工中发挥优越耐崩刃性的涂覆硬质合金工具的结果，得到以下的研究结果，在涂覆硬质合金工具的硬质涂覆层的构成层特定为TiN层与κ型Al2O3层方面，这2层交互本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在重切削条件下切刃部位发挥优越耐崩刃性的表面涂覆硬质合金制造的切削工具，其特征在于在碳化钨基硬质合金基体的表面上以０．８－１０μｍ的总平均层厚蒸发形成由每层平均层厚０．０１－０．１μｍ的第１薄层和第２薄层交互多重叠层构成的硬质涂覆层，而且以氮化钛构成上述第１薄层，以结晶构造ｋ型的氧化铝构成上述第２薄层，同时上述第１薄层在硬质涂覆层中所占的比例为７０－９５质量％。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：大鹿高岁，植田稔晃，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]