带有涂层的切刀及其制备方法技术

一种切削刀具，用于有或没有原始表面的低和中等合金钢、不锈钢的湿或干的机加工，所述刀具包含有硬质合金体和涂层，其特征在于，所述的硬质合金体由平均粒径为１．５－２．５微米，优选１．７微米的ＷＣ；１０．９－１３％（重量），优选１１－１２％（重量）的Ｃｏ和０．２－１．８％（重量）的ＴａＣ＋ＮｂＣ，以及ＣＷ比值为０．８７－０．９９的熔合有少量Ｗ的粘结相组成；所述的涂层由下列各层组成： －等轴晶粒的ＴｉＣ↓［ｘ］Ｎ↓［ｙ］Ｏ↓［ｚ］的第一层（最里层），其中ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，优选ｙ＞ｘ且ｚ＜０．２，层厚度０．１－１．５微米，晶粒大小＜０．５微米； －柱状晶粒的ＴｉＣ↓［ｘ］Ｎ↓［ｙ］Ｏ↓［ｚ］层，其中ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，优选ｚ＝０，ｘ＞０．３且ｙ＞０．３，层厚度为１－８微米，晶粒直径＜５微米； －光滑细晶粒的ｋ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］层，其中晶粒大小为０．５－２微米，层厚度０．５－５微米，和 －优选ＴｉＣ↓［ｘ］Ｎ↓［ｙ］Ｏ↓［ｚ］，特别是ＴｉＮ的最外层，层厚度小于１微米。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及带有涂层的切削工具(硬质合金刀片)，所述切削工具特别适用于要求刚性的湿和干的机加工，特别是在不稳定的条件下，对低和中等合金钢和不锈钢的铣削，所述钢带有原始表面如铸造表面，锻造表面，热或冷轧表面或预加工的表面。当用硬质合金刀具对低和中等合金钢和不锈钢进行机加工时，根据不同的磨损机理如化学磨损、磨擦磨损、粘附磨损和由于沿切削刀口形成的裂缝而引起的刀口劈裂(所谓梳状裂缝)，切削刀口将被磨损。在恶劣的条件下，常常会产生整体和刀口线开裂这样的问题。不同的切削条件要求切削刀片有不同的性能。例如，当切削带原始表面区的钢材或在困难的条件下进行切削时，带有涂层的硬质合金刀片必须由刚性碳化物组成并具有特好的涂层粘结。当对低合金钢和不锈钢进行机加工时，粘附磨损通常是主要的磨损形式。在这里通常必须使用1-3微米的CVD-或PVD-涂层。对于特定的磨损形式，可采取各种措施来改善切削性能。然而，这种作用经常会对其它磨损性能产生副作用。某些可能的措施所起的作用如下1.)通过降低粘结相含量可减少梳状裂缝的形成。然而，这种作用将降低切削刀片的刚性，这是人们所不希望的。2.)通过增加涂层的厚度能得到改善的耐磨擦磨损性。然而，厚涂层将增加成片剥落的危险并且将降低耐粘附磨损性。3.)以高切削速度和高切削刀口温度进行机加工时，要求相当高含量立方碳化物的硬质合金(WC-TiC-TaC-NbC的固态溶液)。但所述碳化物很容易产生梳状裂缝。4.)通过增加Co含量，可获得改善的刚性。然而，高Co含量将降低耐塑性变形性。迄今为止，还很难同时改善所有的刀具性能。因而，市售的各种硬质合金品种均针对一种或若干种磨损形式进行最优化，并因此具有特定的应用范围。瑞典专利申请9504304-8披露了一种带有涂层的切削刀片，该刀片特别适于在湿或干条件下对带或不带原始表面区的低和中等合金钢进行铣削。该刀片的特征是具有WC-Co硬质合金和涂层，所述合金有低含量的立方碳化物和熔合大量W的粘结相，所述涂层包括柱状晶粒TiCxNyOz的最里层，TiN顶层以及k-Al2O3内层。瑞典专利申请9501286-0披露了一种带有涂层的切削刀具，该刀具特别适于对灰铸铁进行干铣削。该刀片的特征是具有纯的WC-Co硬质合金和涂层，所述涂层包括柱状晶粒的TiCxNyOz层和细晶粒的、有织构的α-Al2O3顶层。瑞典专利申请9502640-7披露了一种带有涂层的车削刀片，该刀片特别适于对低合金钢进行断续的车削。该刀片的特征在于，具有WC-Co硬质合金体和涂层，所述合金体有熔合大量W的Co-粘结相，所述涂层包括柱状晶粒TiCxNyOz层和细晶粒、有织构的α-Al2O3顶层。瑞典专利申请9503056-5披露了一种带有涂层的车削切割刀具，该刀具特别适于对热和冷锻制的低合金钢进行切削。该刀片的特征在于，具有WC-Co硬质合金体和涂层，所述合金体有熔合大量W的Co-粘结相，所述涂层包括柱状晶粒TiCxNyOz层和细晶粒的α-Al2O3顶层。瑞典专利申请9602413-8披露了一种带有涂层的车刀，该刀片特别适于对不锈钢的车削。该刀片的特征在于具有WC-Co基硬质合金基体和涂层，所述基体有熔合大量W的粘结相，所述涂层包括柱状晶粒TiCxNyOz的最内层，TiN顶层和细晶粒的k-Al2O3内层。令人惊奇的是，现已发现通过将许多不同特征结合，可获得具有优异切削性能的优选是用于铣削的切削刀具；所述切削优选是在不稳定条件下针对有或没有原始表面区的低和中等合金钢进行的，所述不稳定条件如振动、长悬挑、小片锻造或小片的再切割或在湿和干条件下通常要求刚性的操作。另外还发现，这种特定的切削刀具也可对不锈钢进行加工。就上面所述的许多磨损形式而言，根据本专利技术的切削刀具显示出了改善的性能。本专利技术的切削刀片由下列物质组成硬质合金体，它含有熔合很少W的粘结相和化学组成与晶粒大小平衡很好的WC；柱状TiCxNyOz层；k-Al2O3层；TiN层。然后还可借助用例如SiC基刷对刀口进行刷光而使切削刀口变得平滑。根据本专利技术，提供了一种带有涂层的切削刀片，该刀片包括有硬质合金体，所述合金体包含如下组份10.9-13％(重量)的Co，优选11.0-12.0％(重量)的Co，最佳11.1-11.7％(重量)的Co，0.2-1.8％(重量)、优选0.4-1.8％(重量)、最佳0.5-1.7％(重量)的金属Ta，Nb和Ti的立方碳化物，以及余量WC。另外，该硬质合金还可包含选自元素周期表第IVb，Vb或VIb族的另外的碳化物。Ti的含量优选与工艺杂质量相当。WC的平均晶粒大小在约1.5-2.5微米的范围，优选约1.7微米。钴粘结相很少量地熔合有W。在粘结相中W的含量表达为CW比值＝Ms/(Co重量百分数·0.0161)，式中Ms为所测量的硬质合金的饱和磁化强度(KA/m)，Co重量百分数为Co在硬质合金中的重量百分数。CW比值是Co粘结相中W含量的函数。高CW比值对应于粘结相中低的W含量。根据本专利技术，业已发现如果硬质合金体的CW值为0.87-0.99，优选为0.88-0.97，最优选为0.90-0.95的话，取得了改善的切削性能。该硬质合金可以包含少量(小于1％体积)的η相(M6C)，而不会有任何有害作用。根据CW比值可知，本专利技术的硬质合金体中不允许有任何游离石墨。所述涂层包括等轴晶粒的TiCxNyOz的第一层(最里层)，其中x+y+z＝1，优选y＞x且z＜0.2，最优选y＞0.8且z＝0；晶粒大小＜0.5微米并且总厚度＜1.5微米，优选＞0.1微米；柱状晶粒的TiCxNyOz层，其中x+y+z＝1，优选z＝0，x＞0.3且y＞0.3，最优选x＞0.5；厚度为1-8微米，优选2-7微米，最优选＜6微米；晶粒平均直径＜5微米，优选为0.1-2微米；基本上由k-相组成的光滑细晶粒(晶粒大小约0.5-2微米)的Al2O3层。该层可以包含少量(1-3％体积)的θ-相或α-相(由XRD测量确定的)。Al2O3层的厚度为0.5-5微米，优选0.5-2微米，最优选0.5-1.5微米。优选该Al2O3层之后是另外的TiCxNyOz层(厚度小于1微米，优选0.1-0.5微米)，其中x+y+z＝1，优选y＞x且z＜0.3，最优选y＞0.8；但Al2O3层可以是最外层。在10微米的长度上，该最外层(Al2O3或TiCxNyOz)的表面粗糙度Rmax≤0.4微米。优选沿切削刀口除去TiCxNyOz层(如果有的话)。另一种做法是，沿切削刀口将TiCxNyOz层除去并部分或全部地除去其下面的氧化铝层。另外，本专利技术还涉及带有涂层的切削刀具的制备方法，所述刀具包括有硬质合金体，所述合金体包含如下组份10.9-13％(重量)的Co，优选11.0-12.0％(重量)的Co，最佳11.1-11.7％(重量)的Co，0.2-1.8％(重量)、优选0.4-1.8％(重量)、最佳0.5-1.7％(重量)的金属Ta，Nb和Ti的立方碳化物，以及余量WC。另外，该硬质合金还可包含选自元素周期表第IVb，Vb或VIb族的另外的碳化物。Ti的含量优选与工艺杂质量相当。WC的平均晶粒大小在约1.5-2.5微米的范围，优选约1.7微米。将下面各层沉积至该硬质合金体上首先，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：安尼卡·桑德曼，卡米拉·奥登，耶安内特·佩尔松，奥克·奥斯特伦，
申请(专利权)人：桑德维克公司，
类型：发明
国别省市：