專利名稱：高速重切削用表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別是在高切深與高進(jìn)刀等的重切削條件下，不發(fā)生切刃部位崩刃(微小缺口)，并可發(fā)揮優(yōu)越耐磨性的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具(以下稱涂覆硬質(zhì)合金工具)。
本發(fā)明還涉及在用于伴隨發(fā)生高熱的鋼等的高速切削的場(chǎng)合，切刃部位可發(fā)揮優(yōu)越耐熱塑性變形性的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具。
本發(fā)明又涉及特別是在伴隨高的機(jī)械熱沖擊的高速斷續(xù)切削條件下進(jìn)行鋼與鑄鐵等的切削加工的場(chǎng)合，不發(fā)生切刃部位崩刃(微小缺口)，并可發(fā)揮優(yōu)越耐磨性的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具。
另外，在一般情況下，構(gòu)成上述涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層的Ti化合物層與Al2O3層具有粒狀結(jié)晶組織，再例如如特開平6-8010號(hào)公報(bào)與特開平7-328808號(hào)公報(bào)中所記載的，構(gòu)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(xué)蒸發(fā)裝置中作為反應(yīng)氣體使用含有有機(jī)碳氮化物的混合氣體，利用在700-950的中溫溫度區(qū)域的化學(xué)蒸發(fā)形成并保持縱深生長(zhǎng)結(jié)晶組織也是已知的。
另一方面，對(duì)于近年來的切削加工的省力化和節(jié)能(エネ)化，而且低成本化的要求更強(qiáng)，與此相伴，與切削機(jī)械的高性能化相結(jié)合，切削加工有在高切深與高進(jìn)刀等的重切削條件下進(jìn)行的傾向，因此在上述以前涂覆硬質(zhì)合金工具的場(chǎng)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(chǎng)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(shí)構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層的上述上層的Al2O3層具有優(yōu)越的高溫強(qiáng)度和耐熱性，由于韌性差，切刃部位易于發(fā)生崩刃，其結(jié)果致使使用壽命時(shí)間比較短。
另外，如在高速切削條件下使用它們，由于切削時(shí)產(chǎn)生高熱，特別是構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層的上述下層的高溫強(qiáng)度和耐熱性不足的原因切刃部位易于發(fā)生熱塑性變形，由于該熱塑性變形磨損處于偏磨損狀態(tài)，其結(jié)果促使切刃部位的磨損顯著進(jìn)行，致使使用壽命時(shí)間比較短。
另外，如在伴隨著高的機(jī)械熱沖擊的高速斷續(xù)切削中使用它們，特別是構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層的上述上層的Al2O3層具有優(yōu)越的高溫強(qiáng)度和耐熱性，由于韌性差，切刃部位易于發(fā)生崩刃，其結(jié)果致使使用壽命時(shí)間比較短。
另外，如在伴隨著高的機(jī)械熱沖擊的高速斷續(xù)切削中使用它們，特別是構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層的上層的Al2O3層，由于切削時(shí)與下層的Ti化合物層比較與被切削材料優(yōu)先相接，Al2O3層本身直接遭受大的機(jī)械熱沖擊，切刃部位發(fā)生崩刃，由此原因致使使用壽命時(shí)間比較短。
還有，如在高速切削條件下使用它們，特別是與構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層的上述上層和下層熱傳導(dǎo)性相對(duì)的好，順便說一下，構(gòu)成上層的Al2O3的熱傳導(dǎo)率為6W/mK，同樣構(gòu)成下層的，例如TiN的熱傳導(dǎo)率為14W/mK，切削時(shí)被切削材料與硬質(zhì)涂覆層之間產(chǎn)生的高熱使硬質(zhì)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(tài)，其結(jié)果促使切刃部位的磨損顯著進(jìn)行，致使使用壽命時(shí)間比較短。
本發(fā)明特征在于以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均厚度蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)涂覆層，而且上述第1薄層以TiN層構(gòu)成，上述第2薄層以κ型Al2O3層構(gòu)成，同時(shí)上述第1薄層在硬質(zhì)涂覆層中占的比例為70-95質(zhì)量％，構(gòu)成在重切削條件下切刃部位可發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的涂覆硬質(zhì)合金工具。
還有，關(guān)于該發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具，構(gòu)成硬質(zhì)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(duì)于任何薄層，如其平均厚度不足0.01μm，每個(gè)薄層所具有的特性，即第1薄層的優(yōu)越的耐崩刃性和第2薄層的優(yōu)越的耐磨性在硬質(zhì)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(gè)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(xiàn)在硬質(zhì)涂覆層上。
另外，構(gòu)成本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層的第1薄層的TiN層在硬質(zhì)涂覆層中所占的比例為70-95質(zhì)量％，其理由是，如該比例不足70質(zhì)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(fā)生崩刃；另一方面，如其比例超過95質(zhì)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(zhì)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(yōu)越的耐磨性；另一方面，如該層厚超過10μm，切刃部位易發(fā)生缺口與崩刃。
另外，本發(fā)明人等進(jìn)行開發(fā)研究在伴隨發(fā)生高熱的高速切削中切刃部位不發(fā)生熱塑性變形的涂覆硬質(zhì)合金工具的結(jié)果，得到以下的研究結(jié)果，在涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層的構(gòu)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(shí)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(zhì)涂覆層中占的比例為60-90質(zhì)量％的狀態(tài)，如以總平均層厚為0.8-10μm構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層，該硬質(zhì)涂覆層由于按上述兩薄層的薄膜化交互多重疊層構(gòu)造，各薄層的持有特性，即具有優(yōu)越的高溫硬度(高溫強(qiáng)度)與耐熱性的κ型Al2O3層(以下稱第1薄層)與具有優(yōu)越韌性的TiN層(以下稱第2薄層)的共存效果，該硬質(zhì)涂覆層具備優(yōu)越的耐熱塑性變形性，其結(jié)果的涂覆硬質(zhì)合金工具特別是在伴隨發(fā)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(fā)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(fā)生，可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨損性。
本發(fā)明特征在于以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均層厚蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)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(gòu)成，同時(shí)上述第1薄層在硬質(zhì)涂覆層中占的比例為60-90質(zhì)量％，構(gòu)成在高速切削下切刃部位可發(fā)揮優(yōu)越耐熱塑性變形性的涂覆硬質(zhì)合金工具。
還有，關(guān)于本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具，構(gòu)成硬質(zhì)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(duì)于任何薄層，如其平均厚度不足0.01μm，每個(gè)薄層所具有的特性，即第1薄層的優(yōu)越的高溫硬度與耐熱性，第2薄層的優(yōu)越的韌性在硬質(zhì)涂覆層上不完全具備，其結(jié)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(gè)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(xiàn)在硬質(zhì)涂覆層上。
另外，構(gòu)成本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層的第1薄層的κ型Al2O3層在硬質(zhì)涂覆層中所占的比例為60-90質(zhì)量％，其理由是，如該比例不足60質(zhì)量％，第2薄層TiN層的比例過多，在伴隨產(chǎn)生高熱的高速切削下硬質(zhì)涂覆層中易發(fā)生熱塑性變形，這引起偏磨損，進(jìn)而促使磨損；另一方面，如其比例超過90質(zhì)量％，第2薄層TiN層的比例過少，不可避免使硬質(zhì)涂覆層的韌性下降，其結(jié)果切刃部位發(fā)生缺口與崩刃。
再者，硬質(zhì)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(yōu)越的耐磨性；另一方面，如該層厚超過10μm，切刃部位易發(fā)生缺口與崩刃。
另外，本發(fā)明人等進(jìn)行開發(fā)研究在高速斷續(xù)切削條件下的切削加工中發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的涂覆硬質(zhì)合金工具的結(jié)果，得到以下的研究結(jié)果，在涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層的構(gòu)成層特定為TiN層與κ型Al2O3層方面，這2層交互多重疊層，同時(shí)使其各層厚為平均層厚0.01-0.1μm的極薄的薄層，在上述TiN層占硬質(zhì)涂覆層的比例為41-69質(zhì)量％的狀態(tài)，如以總平均層厚為0.8-10μm構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層，該硬質(zhì)涂覆層由于按上述兩薄層的薄膜化交互多重疊層構(gòu)造，各薄層的持有特性，即具有高韌性的TiN層(以下稱第1薄層)與具有優(yōu)越耐崩刃性、高溫硬度(高溫強(qiáng)度)和耐熱性的κ型Al2O3層(以下稱第2薄層)，使具備優(yōu)越的耐磨損性，其結(jié)果的涂覆硬質(zhì)合金工具，特別是在伴隨高的機(jī)械的熱沖擊的鋼與鑄鐵等的高速斷續(xù)切削中使用它們，切刃部位不發(fā)生崩刃，可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨損性。
本發(fā)明特征在于以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均層厚蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)涂覆層，而且以上述第1薄層TiN層，上述第2薄層κ型Al2O3層構(gòu)成，同時(shí)上述第1薄層在硬質(zhì)涂覆層中占的比例為41-69質(zhì)量％，構(gòu)成在高速斷續(xù)切削下切刃部位可發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的涂覆硬質(zhì)合金工具。
還有，關(guān)于本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具，構(gòu)成硬質(zhì)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(duì)于任何薄層，如其平均厚度不足0.01μm，每個(gè)薄層所具有的特性，即第1薄層的優(yōu)越的耐崩刃性，第2薄層的優(yōu)越的耐磨損性在硬質(zhì)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(gè)薄層所具有的問題，即第1薄層耐磨損性低和第2薄層耐崩刃性低呈現(xiàn)在硬質(zhì)涂覆層上。
另外，構(gòu)成本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層的第1薄層的TiN層在硬質(zhì)涂覆層中所占的比例為41-69質(zhì)量％，其理由是，如該比例不足41質(zhì)量％，第2薄層κ型Al2O3層的比例過多，在高速斷續(xù)切削下切刃部位易發(fā)生崩刃；另一方面，如其比例超過69質(zhì)量％，第2薄層κ型Al2O3層的比例過少，耐磨損性急劇降低。
再者，硬質(zhì)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(yōu)越的耐磨性；另一方面，如該層厚超過10μm，切刃部位易發(fā)生缺口與崩刃。
另外，本發(fā)明人等進(jìn)行開發(fā)研究在高速斷續(xù)切削條件下的切削加工中硬質(zhì)涂覆層發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的涂覆硬質(zhì)合金工具的結(jié)果，得到以下的研究結(jié)果，在涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層特定為TiCN層與Al2O3層的構(gòu)成層方面，這2層交互多重疊層，同時(shí)其各層厚為平均層厚0.01-0.1μm的極薄的薄層，如以總平均層厚為0.8-10μm，其結(jié)果硬質(zhì)涂覆層具有薄膜化交互多重疊層構(gòu)造，在切削時(shí)上述TiCN薄層與Al2O3薄層同時(shí)直接關(guān)系被切削材料的切削，各薄層的持有特性，即上述TiCN薄層(以下稱第1薄層)具有的優(yōu)越的強(qiáng)度與韌性，和上述Al2O3薄層(以下稱第2薄層)具有的優(yōu)越高溫硬度和耐熱性同時(shí)且均等、不經(jīng)時(shí)變化地發(fā)揮，從而，其結(jié)果的涂覆硬質(zhì)合金工具，特別是在伴隨高的機(jī)械熱沖擊的鋼與鑄鐵等的高速斷續(xù)切削中使用它們，硬質(zhì)涂覆層切刃部位不發(fā)生崩刃，可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨損性。
本發(fā)明特征在于以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均層厚蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)涂覆層，而且以上述第1薄層TiCN層，上述第2薄層Al2O3層構(gòu)成，使構(gòu)成在高速斷續(xù)切削下硬質(zhì)涂覆層可發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的涂覆硬質(zhì)合金工具。
還有，關(guān)于本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具，構(gòu)成硬質(zhì)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(duì)于任何薄層，如其平均厚度不足0.01μm，每個(gè)薄層所具有的特性，即第1薄層的優(yōu)越的強(qiáng)度和韌性，和第2薄層的優(yōu)越的高溫硬度與耐熱性在硬質(zhì)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(gè)薄層所具有的問題，即第1薄層耐磨損性低和第2薄層耐崩刃性低呈現(xiàn)在硬質(zhì)涂覆層上。
再者，硬質(zhì)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(yōu)越的耐磨性；另一方面，如該層厚超過10μm，硬質(zhì)涂覆層易發(fā)生缺口與崩刃。
另外，本發(fā)明人等進(jìn)行開發(fā)研究在伴隨產(chǎn)生高熱的高速切削中切刃部位不發(fā)生熱塑性變形的涂覆硬質(zhì)合金工具的結(jié)果，得到以下的研究結(jié)果，在涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層特定為TiN層和/或TiCN層(以下其總稱以TiN·C表示)與氧化鉿(以下以HfO2表示)層的構(gòu)成層方面，該TiN·C層與HfO2層交互多重疊層，同時(shí)使其各層厚為平均層厚0.01-0.1μm的極薄的薄層，如以總平均層厚為0.8-10μm，其結(jié)果硬質(zhì)涂覆層具有薄膜化交互多重疊層構(gòu)造，在切削時(shí)上述TiN·C薄層與HfO2薄層同時(shí)關(guān)系被切削材料的切削，各薄層的持有特性，即上述TiN·C薄層(以下稱第1薄層)具有的優(yōu)越的強(qiáng)度與韌性，和HfO2薄層(以下稱第2薄層)具有的優(yōu)越隔熱性(HfO2的熱傳導(dǎo)率為1.2W/mK)同時(shí)且均等、不經(jīng)時(shí)變化地發(fā)揮，從而，其結(jié)果的涂覆硬質(zhì)合金工具，特別是在伴隨產(chǎn)生高熱的鋼與鑄鐵等的高速切削加工中使用它們，上述硬質(zhì)涂覆層隔斷高熱，可完全防止硬質(zhì)合金基體遭受熱影響，可抑制切刃部位偏磨損原因的熱塑性變形發(fā)生，可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性。
本發(fā)明特征在于以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均層厚蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)涂覆層，而且以上述第1薄層TiN·C層，上述第2薄層HfO2層構(gòu)成，構(gòu)成在高速切削下切刃部位可發(fā)揮優(yōu)越耐熱塑性變形性的涂覆硬質(zhì)合金工具。
還有，關(guān)于本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具，構(gòu)成硬質(zhì)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(duì)于任何薄層，如其平均厚度不足0.01μm，每個(gè)薄層所具有的特性，即第1薄層的優(yōu)越的韌性和強(qiáng)度，第2薄層的優(yōu)越的阻熱性在硬質(zhì)涂覆層上不完全具備，其結(jié)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(gè)薄層所具有的問題，即第1薄層硬度低和第2薄層強(qiáng)度和韌性低呈現(xiàn)在硬質(zhì)涂覆層上，這構(gòu)成任何場(chǎng)合下耐磨性低的原因。
再者，硬質(zhì)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(yōu)越的耐磨性；另一方面，如該層厚超過10μm，切刃部位易發(fā)生缺口與崩刃。
另外，本發(fā)明人等進(jìn)行開發(fā)研究在伴隨產(chǎn)生高熱的高速切削中切刃部位不發(fā)生熱塑性變形的涂覆硬質(zhì)合金工具的結(jié)果，得到以下的研究結(jié)果，在涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層特定為TiN層和/或TiCN層(以下稱第1構(gòu)成層)與氧化鉿(以下以HfO2表示)層(以下稱第2構(gòu)成層)的方面，這兩構(gòu)成層交互多重疊層，同時(shí)使其各層厚為平均層厚0.25-0.75μm，且上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的總層數(shù)為4-9，以總平均層厚為1-6μm的條件構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層，其結(jié)果的硬質(zhì)涂覆層，由于交互多重疊層構(gòu)造，在切削時(shí)上述TiN層和/或TiCN層的第1構(gòu)成層和HfO2層的第2構(gòu)成層同時(shí)直接關(guān)系被切削材料的切削，各層具有的特性，即上述第1構(gòu)成層具有的優(yōu)越的強(qiáng)度與韌性，和上述第2構(gòu)成層具有的優(yōu)越隔熱性(HfO2的熱傳導(dǎo)率為1.2W/mK)同時(shí)且均等、不經(jīng)時(shí)變化地發(fā)揮，從而，其結(jié)果的涂覆硬質(zhì)合金工具，特別是在伴隨產(chǎn)生高熱的鋼與鑄鐵等的高速切削加工中使用它們，在上述硬質(zhì)涂覆層保持強(qiáng)韌性的狀態(tài)，可隔斷上述高熱，可完全防止硬質(zhì)合金基體遭受熱影響，可抑制切刃部位偏磨損原因的熱塑性變形發(fā)生，可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性。
本發(fā)明特征在于以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在硬質(zhì)合金基體的表面上化學(xué)蒸發(fā)各平均層厚為0.25-0.75μm的第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的交互多重疊層構(gòu)成的，同時(shí)由上述第1構(gòu)成層TiN層和/或TiCN層、上述第2構(gòu)成層HfO2層構(gòu)成的，且上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的總層數(shù)為4-9層、總平均層厚1-6μm的硬質(zhì)涂覆層，構(gòu)成在高速切削下切刃部位可發(fā)揮優(yōu)越耐熱塑性變形性的涂覆硬質(zhì)合金工具。
然后，關(guān)于本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具，涉及構(gòu)成它們的硬質(zhì)涂覆層，如上所述數(shù)值限定的理由如下所述(1)第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的各平均層厚如各平均層厚不足0.25μm，第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層具有的各種特性，即第1構(gòu)成層具有的優(yōu)越的強(qiáng)度和韌性，而第2構(gòu)成層具有的優(yōu)越的隔熱性在切削時(shí)不能完全發(fā)揮，其結(jié)果不能確保所希望的耐熱塑性變形性；另一方面，如其平均層厚超過0.75μm，在切削時(shí)同時(shí)且均等、不經(jīng)時(shí)變化地發(fā)揮上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層具有的各種特性是困難的，其結(jié)果特別是上述第2構(gòu)成層的影響強(qiáng)烈地呈現(xiàn)，使在硬質(zhì)涂覆層上易于發(fā)生崩刃，因此各平均層厚定為0.25-0.75μm。
(2)第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的總層數(shù)如該總層數(shù)不足4層，上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的任何特性在切削時(shí)強(qiáng)烈地呈現(xiàn)，特別是第2構(gòu)成層的特性強(qiáng)烈地呈現(xiàn)，使硬質(zhì)涂覆層上易于發(fā)生崩刃；另一方面，如超過9層，硬質(zhì)涂覆層的切削性能不能呈現(xiàn)一級(jí)的改進(jìn)效果，以及成本高的原因，該總層數(shù)定為4-9層。
(3)硬質(zhì)涂覆層的總平均層厚如該總平均層厚不足1μm，不能確保所希望的優(yōu)越的耐磨性；另一方面，如該總平均層厚超過6μm，硬質(zhì)涂覆層上易于發(fā)生缺口和崩刃，因此該總平均層厚定為1-6μm。
另外，本發(fā)明人等進(jìn)行開發(fā)研究在高速斷續(xù)切削條件下的切削加工中硬質(zhì)涂覆層發(fā)揮優(yōu)越的耐崩刃性的涂覆硬質(zhì)合金工具的結(jié)果，得到以下研究結(jié)果，在涂覆硬質(zhì)合金工具的硬質(zhì)涂覆層的構(gòu)成層特定為TiN層和/或TiCN層(以下稱第1構(gòu)成層)與Al2O3層(以下稱第2構(gòu)成層)的方面，這兩構(gòu)成層交互多重疊層，同時(shí)其各層厚為平均層厚0.25-0.75μm，且總層數(shù)為4-9，以總平均層厚為1-6μm的條件下構(gòu)成硬質(zhì)涂覆層，其結(jié)果的硬質(zhì)涂覆層，由于交互多重疊層構(gòu)造，在切削時(shí)上述TiN層和/或TiCN層的第1構(gòu)成層和Al2O3層的第2構(gòu)成層同時(shí)直接關(guān)系被切削材料的切削，各層具有的特性，即上述第1構(gòu)成層具有的優(yōu)越的強(qiáng)度與韌性，和上述第2構(gòu)成層具有的優(yōu)越的高溫硬度與耐熱性同時(shí)且均等、不經(jīng)時(shí)變化地發(fā)揮，從而，其結(jié)果的涂覆硬質(zhì)合金工具，特別是在伴隨高的機(jī)械熱沖擊的鋼與鑄鐵等的高速斷續(xù)切削中使用它們，硬質(zhì)涂覆層上不發(fā)生崩刃，可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性。
本發(fā)明特征在于以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，在硬質(zhì)合金基體的表面上化學(xué)蒸發(fā)各平均層厚為0.25-0.75μm的第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的交互多重疊層構(gòu)成的，同時(shí)由上述第1構(gòu)成層TiN層和/或TiCN層、上述第2構(gòu)成層Al2O3層構(gòu)成，且上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的總層數(shù)為4-9層、總平均層厚1-6μm的硬質(zhì)涂覆層，構(gòu)成在高速斷續(xù)切削下硬質(zhì)涂覆層可發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的涂覆硬質(zhì)合金工具。
然后，關(guān)于本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具，涉及構(gòu)成它們的硬質(zhì)涂覆層，如上所述數(shù)值限定的理由如下所述(1)第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的各平均層厚如各平均層厚不足0.25μm，第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層具有的各種特性，即第1構(gòu)成層具有的優(yōu)越的強(qiáng)度和韌性，而第2構(gòu)成層具有的優(yōu)越的高溫硬度與耐熱性在切削時(shí)不能完全發(fā)揮，其結(jié)果在高速斷續(xù)切削中顯著促使硬質(zhì)涂覆層磨損的進(jìn)行；另一方面，如其平均層厚超過0.75μm，在切削時(shí)同時(shí)且均等、不經(jīng)時(shí)變化地發(fā)揮上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層具有的各種特性是困難的，其結(jié)果在高速斷續(xù)切削中上述第2構(gòu)成層的影響強(qiáng)烈地呈現(xiàn)，使在硬質(zhì)涂覆層上易于發(fā)生崩刃，因此各平均層厚定為0.25-0.75μm。
(2)第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的總層數(shù)如該總層數(shù)不足4層，上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層的任何特性在切削時(shí)強(qiáng)烈地呈現(xiàn)，特別是在高速斷續(xù)切削中第2構(gòu)成層的Al2O3層的特性強(qiáng)烈地呈現(xiàn)，使硬質(zhì)涂覆層上易于發(fā)生崩刃；另一方面，如超過9層，硬質(zhì)涂覆層的切削性能不能呈現(xiàn)一級(jí)的改進(jìn)效果，以及成本高的原因，因此該總層數(shù)定為4-9層。
(3)硬質(zhì)涂覆層的總平均層厚如該總平均層厚不足1μm，不能確保所希望的優(yōu)越的耐磨性；另一方面，如該總平均層厚超過6μm，硬質(zhì)涂覆層上易于發(fā)生缺口和崩刃，因此該總平均層厚定為1-6μm。
接著，通過實(shí)施例具體的說明本發(fā)明的涂覆硬質(zhì)合金工具。
由于對(duì)于任何實(shí)施例到此的制造工序是相同的，對(duì)于以后的實(shí)施例說明該工序以后的部分。
接著，將這些硬質(zhì)合金基體A-J的每一個(gè)在丙酮中用超音波洗凈，在干燥狀態(tài)裝進(jìn)普通的化學(xué)蒸發(fā)裝置，第1薄層TiN層的形成條件為通常已知的形成條件反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl46％，N235％，H2余反應(yīng)氣氛溫度880℃反應(yīng)氣氛壓力27kPa
第2薄層κ型Al2O3層的形成條件為已知通常的形成條件反應(yīng)氣體組成(容量％)AlCl34％，CO23％，HCl2％，H2S0.3％，H2余反應(yīng)氣氛溫度880℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa分別將表2所示的目標(biāo)層厚的第1薄層與第2薄層交互，且在第1薄層與第2薄層形成期間導(dǎo)入30秒鐘的H2氣進(jìn)行反應(yīng)氣氛替換，同時(shí)在上述硬質(zhì)合金基體A-J的各自表面上分別蒸發(fā)形成同表2所示的疊層數(shù)和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10。
另外，為了比較的目的，在同樣的化學(xué)蒸發(fā)裝置中按通常的條件在上述硬質(zhì)合金基體A-J的表面上蒸發(fā)形成表3所示的組成和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10。
對(duì)于其結(jié)果得到的各種涂覆硬質(zhì)合金工具，用俄歇分光分析裝置、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定構(gòu)成它們的各硬質(zhì)涂覆層的組成和層厚，顯示出與表2、表3的目標(biāo)組成和目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的組成和平均層厚(與任意5個(gè)所測(cè)定的平均值比較)。
然后，對(duì)于上述本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10和以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，都為用固定夾具螺絲固定在工具鋼制刀頭的前端的狀態(tài)，在被切削材料JIS·SCM415的圓棒切削速度180m/min切深7mm進(jìn)刀0.45mm/rev切削時(shí)間5分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高切深的連續(xù)切削試驗(yàn)，和在被切削材料JIS·SCM415的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度150m/min切深4mm進(jìn)刀0.7mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高進(jìn)刀的斷續(xù)切削試驗(yàn)，在任何切削試驗(yàn)中都測(cè)定切刃部位的后面磨損寬度。其試驗(yàn)結(jié)果示于表4。第2實(shí)施例將這些硬質(zhì)合金基體A-J的每一個(gè)在丙酮中用超音波洗凈，在干燥狀態(tài)裝進(jìn)普通的化學(xué)蒸發(fā)裝置中，第1薄層κ型Al2O3層的形成條件為通常已知的形成條件反應(yīng)氣體組成(容量％)AlCl34％，CO23％，HCl2％，H2S0.3％，H2余反應(yīng)氣氛溫度880℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa第2薄層TiN層的形成條件為通常已知的形成條件反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl46％，N235％，H2余反應(yīng)氣氛溫度880℃反應(yīng)氣氛壓力27kPa分別將表2所示的目標(biāo)層厚的第1薄層與第2薄層交互，且在第1薄層與第2薄層形成期間導(dǎo)入30秒鐘的H2氣進(jìn)行反應(yīng)氣氛替換，同時(shí)在上述硬質(zhì)合金基體1A-1J各自表面上蒸發(fā)形成同表2所示的疊層數(shù)和總目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具11-20。
另外，為了比較的目的，在同樣的化學(xué)蒸發(fā)裝置中按通常的條件在上述硬質(zhì)合金基體1A-1J的表面上蒸發(fā)形成表6所示的組成和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造以前的涂覆硬質(zhì)合金工具11-20。
對(duì)于其結(jié)果得到的各種涂覆硬質(zhì)合金工具，用俄歇分光分析裝置、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定構(gòu)成它們的各硬質(zhì)涂覆層的組成和層厚，顯示出與表5、表6的目標(biāo)組成和目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的組成和平均層厚(與任意5個(gè)所測(cè)定的平均值比較)。
然后，對(duì)于上述本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具11-20和以前的涂覆硬質(zhì)合金工具11-20，都為用固定夾具螺絲固定在工具鋼制刀頭的前端的狀態(tài)，在被切削材料JIS·SCM440的圓棒切削速度350m/min切深2mm進(jìn)刀0.2mm/rev
切削時(shí)間5分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高速連續(xù)切削試驗(yàn)，和在被切削材料JIS·SUS304的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度250m/min切深1.5mm進(jìn)刀0.2mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行不銹鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，在任何切削試驗(yàn)中都測(cè)定切刃部位的后面磨損寬度。其試驗(yàn)結(jié)果示于表7。第3實(shí)施例將這些硬質(zhì)合金基體A-J的每一個(gè)在丙酮中用超音波洗凈，在干燥狀態(tài)裝進(jìn)普通的化學(xué)蒸發(fā)裝置中，第1薄層TiN層的形成條件為通常已知的形成條件反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl46％，N235％，H2余反應(yīng)氣氛溫度880℃反應(yīng)氣氛壓力27kPa第2薄層κ型Al2O3層的形成條件為通常已知的形成條件反應(yīng)氣體組成(容量％)AlCl34％，CO23％，HCl2％，H2S0.3％，H2余反應(yīng)氣氛溫度880℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa分別將表2所示的目標(biāo)層厚的第1薄層與第2薄層交互，且在第1薄層與第2薄層形成期間導(dǎo)入30秒鐘的H2氣進(jìn)行反應(yīng)氣氛替換，同時(shí)在上述硬質(zhì)合金基體2A-2J各自表面上蒸發(fā)形成同表8所示的疊層數(shù)和總目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造本發(fā)明涂覆硬質(zhì)工具21-30。
另外，為了比較的目的，在同樣的化學(xué)蒸發(fā)裝置中按通常的條件在上述硬質(zhì)合金基體A-J的表面上蒸發(fā)形成表9所示的組成和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造以前的涂覆硬質(zhì)合金工具21-30。
對(duì)于其結(jié)果得到的各種涂覆硬質(zhì)合金工具，用俄歇分光分析裝置、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定構(gòu)成它們的各硬質(zhì)涂覆層的組成和層厚，顯示出與表8、表9的目標(biāo)組成和目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的組成和平均層厚(與任意5個(gè)所測(cè)定的平均值比較)。
然后，對(duì)于上述本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10和以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，都以用固定夾具螺絲固定在工具鋼制刀頭的前端的狀態(tài)，在被切削材料JIS·SCM415的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度330m/min切深2mm進(jìn)刀0.25mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，和在被切削材料JIS·FC300的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度350m/min切深2mm進(jìn)刀0.3mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行鑄鐵的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，在任何切削試驗(yàn)中都測(cè)定切刃部位的后面磨損寬度。其試驗(yàn)結(jié)果示于表10。第4實(shí)施例將這些硬質(zhì)合金基體A-J的每一個(gè)在丙酮中用超音波洗凈，在干燥狀態(tài)下裝進(jìn)普通的化學(xué)蒸發(fā)裝置中，第1薄層TiCN層的形成條件均為通常已知的形成條件反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl44.2％，N220％，CH44％，H2余反應(yīng)氣氛溫度980℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa第2薄層Al2O3層中的晶體構(gòu)造為α型，形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)AlCl32.2％，CO25.5％，HCl2.2％，H2S0.2％，H2余反應(yīng)氣氛溫度980℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa晶體構(gòu)造為κ型，形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)AlCl33.3％，CO24.0％，HCl2.2％，H2S0.3％，H2余反應(yīng)氣氛溫度980℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa分別將表2所示的目標(biāo)層厚的第1薄層與第2薄層交互，且在第1薄層與第2薄層形成期間導(dǎo)入30秒鐘的H2氣進(jìn)行反應(yīng)氣氛替換，同時(shí)在上述硬質(zhì)合金基體3A-3J各自表面上蒸發(fā)形成同表11所示的疊層數(shù)和總目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具31-40。
另外，為了比較的目的，在同樣的化學(xué)蒸發(fā)裝置中按表12所示的條件在上述硬質(zhì)合金基體3A-3J的表面上蒸發(fā)形成表13所示的組成和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造以前的涂覆硬質(zhì)合金工具31-40。
對(duì)于其結(jié)果得到的各種涂覆硬質(zhì)合金工具，用俄歇分光分析裝置、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定構(gòu)成它們的各硬質(zhì)涂覆層的組成和層厚，顯示出與表11、表13的目標(biāo)組成和目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的組成和平均層厚(與任意5個(gè)所測(cè)定的平均值比較)。
然后，對(duì)于上述本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具31-40和以前的涂覆硬質(zhì)合金工具31-40，都為用固定夾具螺絲固定在工具鋼制刀頭的前端的狀態(tài)，在被切削材料JIS·SCM415的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度350m/min切深2mm進(jìn)刀0.2mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，和在被切削材料JIS·FC300的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度350m/min切深2mm進(jìn)刀0.25mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行鑄鐵的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，在任何切削試驗(yàn)中都測(cè)定切刃部位的后面磨損寬度。其試驗(yàn)結(jié)果示于表14。第5實(shí)施例將這些硬質(zhì)合金基體A-J的每一個(gè)在丙酮中用超音波洗凈，在干燥狀態(tài)下裝進(jìn)普通的化學(xué)蒸發(fā)裝置中，第1薄層TiN·C薄層中的TiN層的形成條件都為通常已知的形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl44.2％，N235％，H2余反應(yīng)氣氛溫度960℃反應(yīng)氣氛壓力25kPa同樣TiCN層的形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl44.2％，N220％，CH44％H2余反應(yīng)氣氛溫度960℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa第2薄層HfO2層的形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)HfCl43.5％，CO26％，HCl1.5％，H2余反應(yīng)氣氛溫度960℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa分別將表15所示的目標(biāo)層厚的第1薄層與第2薄層交互，且在第1薄層與第2薄層形成期間導(dǎo)入30秒鐘的H2氣進(jìn)行反應(yīng)氣氛替換，同時(shí)在上述硬質(zhì)合金基體4A-4J各自表面上蒸發(fā)形成同表15所示的疊層數(shù)和總目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具41-50。
另外，為了比較的目的，在同樣的化學(xué)蒸發(fā)裝置中按表12所示的條件在上述硬質(zhì)合金基體A-J的表面上蒸發(fā)形成表13所示的組成和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造與實(shí)施例4相同的以前的涂覆硬質(zhì)合金工具31-40。
對(duì)于其結(jié)果得到的各種涂覆硬質(zhì)合金工具，用俄歇分光分析裝置、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定構(gòu)成它們的各硬質(zhì)涂覆層的組成和層厚，顯示出與表15、表13的目標(biāo)組成和目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的組成和平均層厚(與任意5個(gè)所測(cè)定的平均值比較)。
然后，對(duì)于上述本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具41-50和以前的涂覆硬質(zhì)合金工具31-40，都為用固定夾具螺絲固定在工具鋼制刀頭的前端的狀態(tài)，在被切削材料JIS·SCM440的圓棒切削速度450m/min切深1.5mm
進(jìn)刀0.2mm/rev切削時(shí)間5分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高速連續(xù)切削試驗(yàn)，和在被切削材料JIS·SUS304的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度250m/min切深1.5mm進(jìn)刀0.2mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行不銹鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，在任何切削試驗(yàn)中都測(cè)定切刃部位的后面磨損寬度。其試驗(yàn)結(jié)果示于表16。第6實(shí)施例將這些硬質(zhì)合金基體A-J的每一個(gè)在丙酮中用超音波洗凈，在干燥狀態(tài)下裝進(jìn)普通的化學(xué)蒸發(fā)裝置中，通常的形成條件都是已知的，第1構(gòu)成層TiN層的形成條件是反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl44.2％，N235％，H2余反應(yīng)氣氛溫度960℃反應(yīng)氣氛壓力25kPa同樣TiCN層的形成條件是反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl44.2％，N220％，CH44％，H2余反應(yīng)氣氛溫度960℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa第2構(gòu)成層HfO2層的形成條件是反應(yīng)氣體組成(容量％)HfCl43.5％，CO26％，HCl1.5％，H2余反應(yīng)氣氛溫度960℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa分別將表17所示的目標(biāo)層厚的第1構(gòu)成層與第2構(gòu)成層交互，且在第1構(gòu)成層與第2構(gòu)成層形成期間導(dǎo)入30秒鐘的H2氣進(jìn)行反應(yīng)氣氛替換，同時(shí)在上述硬質(zhì)合金基體5A-5J各自表面上蒸發(fā)形成同表17所示的總層數(shù)和總目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具51-60。
另外，為了比較的目的，在同樣的化學(xué)蒸發(fā)裝置中按表12所示的條件在上述硬質(zhì)合金基體5A-5J的表面上蒸發(fā)形成表18所示的組成和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造以前的涂覆硬質(zhì)合金工具51-60。
對(duì)于其結(jié)果得到的各種涂覆硬質(zhì)合金工具，用俄歇分光分析裝置、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定構(gòu)成它們的各硬質(zhì)涂覆層的組成和層厚，顯示出與表17、表18的目標(biāo)組成和目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的組成和平均層厚(與任意5個(gè)所測(cè)定的平均值比較)。
然后，對(duì)于上述本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10和以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，都為用固定夾具螺絲固定在工具鋼制刀頭的前端的狀態(tài)，在被切削材料JIS·SCM440的圓棒切削速度420m/min切深1.5mm進(jìn)刀0.25mm/rev切削時(shí)間5分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高速連續(xù)切削試驗(yàn)，和在被切削材料JIS·SUS304的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度230m/min切深1.5mm進(jìn)刀0.2mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行不銹鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，在任何切削試驗(yàn)中都測(cè)定切刃部位的后面磨損寬度。其試驗(yàn)結(jié)果示于表19。第7實(shí)施例將這些硬質(zhì)合金基體A-J的每一個(gè)在丙酮中用超音波洗凈，在干燥狀態(tài)下裝進(jìn)普通的化學(xué)蒸發(fā)裝置中，通常的形成條件都是已知的，第1構(gòu)成層TiN層的形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl44.2％，N230％，H2余反應(yīng)氣氛溫度980℃反應(yīng)氣氛壓力25kPa同樣TiCN層的形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)TiCl44.2％，N220％，CH44％，H2余反應(yīng)氣氛溫度980℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa第2構(gòu)成層Al2O3層中的晶體構(gòu)造為α型的，其形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)AlCl32.2％，CO25.5％，HCl2.2％，H2S0.2％，H2余反應(yīng)氣氛溫度980℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa同樣為κ型的，其形成條件為反應(yīng)氣體組成(容量％)AlCl33.3％，CO24％，HCl2.2％，H2S0.3％，H2余反應(yīng)氣氛溫度980℃反應(yīng)氣氛壓力7kPa分別將表20所示的目標(biāo)層厚的第1構(gòu)成層與第2構(gòu)成層交互，且在第1構(gòu)成層與第2構(gòu)成層形成期間導(dǎo)入30秒鐘的H2氣進(jìn)行反應(yīng)氣氛替換，同時(shí)在上述硬質(zhì)合金基體6A-6J各自表面上蒸發(fā)形成同表20所示的總層數(shù)和總目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具61-70。
另外，為了比較的目的，在同樣的化學(xué)蒸發(fā)裝置中按表12所示的條件在上述硬質(zhì)合金基體5A-5J的表面上蒸發(fā)形成表18所示的組成和目標(biāo)層厚的硬質(zhì)涂覆層，分別制造與第6實(shí)施例相同的以前的涂覆硬質(zhì)合金工具51-60。
對(duì)于其結(jié)果得到的各種涂覆硬質(zhì)工具，用俄歇分光分析裝置、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定構(gòu)成它們的各硬質(zhì)涂覆層的組成和層厚，顯示出與表20、表17的目標(biāo)組成和目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的組成和平均層厚(與任意5個(gè)所測(cè)定的平均值比較)。
然后，對(duì)于上述本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具61-70和以前的涂覆硬質(zhì)合金工具51-60，都為用固定夾具螺絲固定在工具鋼制刀頭的前端的狀態(tài)，在被切削材料JIS·SCM415的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度330m/min切深2mm進(jìn)刀0.2mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行合金鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，和在被切削材料JIS·FC300的長(zhǎng)度方向等間隔有4條縱溝的圓棒切削速度330m/min切深2mm進(jìn)刀0.25mm/rev切削時(shí)間3分的條件下，進(jìn)行鑄鐵的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，在任何切削試驗(yàn)中都測(cè)定切刃部位的后面磨損寬度。其試驗(yàn)結(jié)果示于表21。發(fā)明效果由表2-4所示的第1實(shí)施例的結(jié)果可知，由硬質(zhì)涂覆層第1薄層與第2薄層交互多重疊層構(gòu)成的本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10都在重切削條件下進(jìn)行鋼的切削加工，由于具有高韌性的第1薄層和具有優(yōu)越高溫硬度與耐熱性的第2薄層的交互多重疊層構(gòu)造硬質(zhì)涂覆層具有優(yōu)越的耐崩刃性，而且由于具備耐磨性，在切刃部位不發(fā)生崩刃，對(duì)比優(yōu)越耐磨性的發(fā)揮，以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，在重切削條件下的切削加工中特別是由于上層的κ型Al2O3層的韌性不足的原因在切刃部位發(fā)生崩刃，至使使用壽命時(shí)間比較短。
如上所述，本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具在通常條件下各種鋼和鑄鐵等的切削加工不言而喻，特別是在重切削條件下的切削加工可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性，可完全滿足切削加工省力、節(jié)能以及低成本。
由表5-7所示的第2實(shí)施例的結(jié)果可知，由硬質(zhì)涂覆層第1薄層與第2薄層交互多重疊層構(gòu)成的本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10都在伴隨高發(fā)熱的高速下進(jìn)行鋼的切削加工，由于在具有高韌性的第2薄層之間存在的第1薄層可發(fā)揮其具有的優(yōu)越高溫硬度和耐熱性，硬質(zhì)涂覆層可具有優(yōu)越的耐熱塑性變形性，切刃部位不發(fā)生偏磨損，對(duì)比優(yōu)越耐磨性的發(fā)揮，以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，由于高速切削時(shí)產(chǎn)生高熱，由偏磨損原因引起熱塑性變形，由此顯著促使磨損的進(jìn)行，至使使用壽命時(shí)間比較短。
如上所述，本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具在通常條件下各種鋼和鑄鐵等的切削加工不言而喻，特別是在高速切削加工中可發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性，可完全滿足切削加工省力、節(jié)能以及低成本。
由表8-10所示的第3實(shí)施例的結(jié)果可知，由硬質(zhì)涂覆層第1薄層與第2薄層交互多重疊層構(gòu)成的本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10都在伴隨高的機(jī)械熱沖擊的高速斷續(xù)切削條件下進(jìn)行鋼和鑄鐵的切削加工，由于具有高韌性的第1薄層和具有優(yōu)越高溫硬度與耐熱性的第2薄層的交互多重疊層構(gòu)造，硬質(zhì)涂覆層具有優(yōu)越的耐崩刃性，而且由于具備耐磨性，在切刃部位不發(fā)生崩刃，對(duì)比優(yōu)越耐磨性的發(fā)揮，以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，在高速斷續(xù)切削條件下鋼和鑄鐵的切削加工中，特別是由于上層的κ型Al2O3層的韌性不足的原因在切刃部位都發(fā)生崩刃，至使使用壽命時(shí)間比較短。
如上所述，本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具在通常條件下各種鋼和鑄鐵等的切削加工不言而喻，特別是在快的切削速度下進(jìn)行其斷續(xù)切削的場(chǎng)合下可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性，可完全滿足切削加工省力、節(jié)能以及低成本。
由表11-14所示的第4實(shí)施例的結(jié)果可知，由硬質(zhì)涂覆層第1薄層與第2薄層交互多重疊層構(gòu)成的本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10都在伴隨高的機(jī)械熱沖擊的高速斷續(xù)切削條件下進(jìn)行鋼和鑄鐵的切削加工，由于具有高強(qiáng)度和高韌性的第1薄層和具有優(yōu)越高溫硬度與耐熱性的第2薄層的交互多重疊層構(gòu)造，硬質(zhì)涂覆層整體且均勻地具有這些特性，硬質(zhì)涂覆層不發(fā)生崩刃，對(duì)比優(yōu)越耐磨性的長(zhǎng)期發(fā)揮，以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，特別是在切削時(shí)都直接且優(yōu)先涉及上層Al2O3層，由于主要上述上層的切削樣式，在高速斷續(xù)切削條件下的切削加工中，由于上述上層的強(qiáng)度和韌性不足的原因發(fā)生崩刃，至使使用壽命時(shí)間比較短。
如上所述，本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具在通常條件下各種鋼和鑄鐵等的切削加工不言而喻，特別是在快的切削速度下進(jìn)行其斷續(xù)切削的場(chǎng)合下可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性，可完全滿足切削加工省力、節(jié)能以及低成本。
由表12、13、、15、16所示的第5實(shí)施例的結(jié)果可知，由硬質(zhì)涂覆層上述第1薄層與第2薄層交互多重疊層構(gòu)成的本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10都在伴隨高發(fā)熱的高速下進(jìn)行鋼的切削加工，由于反復(fù)交互疊層的第2薄層造成的優(yōu)越隔熱效果，在切削時(shí)產(chǎn)生的高熱被顯著抑制在硬質(zhì)合金基體中的傳送，可防止切刃部位的熱塑性變形，同樣結(jié)合由于交互疊層的第1薄層硬質(zhì)涂覆層的韌性和強(qiáng)度提高，在切刃部位不發(fā)生偏磨損，對(duì)比優(yōu)越耐磨性的發(fā)揮，以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，在高速切削時(shí)產(chǎn)生的高熱都引起偏磨損原因的熱塑性變形，由此顯著促使磨損進(jìn)行，至使使用壽命時(shí)間比較短。
如上所述，本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具在通常條件下各種鋼和鑄鐵等的切削加工不言而喻，特別是在其高速切削加工時(shí)可發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性，可完全滿足切削加工省力、節(jié)能以及低成本。
由表12、16-19所示的第6實(shí)施例的結(jié)果可知，由硬質(zhì)涂覆層上述第1構(gòu)成層與第2構(gòu)成層4-9層交互疊層構(gòu)成的本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10都在伴隨高發(fā)熱的高速下進(jìn)行鋼的切削加工，由于上述第2薄層造成的優(yōu)越隔熱效果，在切削時(shí)產(chǎn)生的高熱被顯著抑制在硬質(zhì)合金基體中的傳送，可防止切刃部位的熱塑性變形，同樣結(jié)合由于交互疊層的第1薄層硬質(zhì)涂覆層的韌性和強(qiáng)度提高，在切刃部位不發(fā)生偏磨損，對(duì)比優(yōu)越耐磨性的發(fā)揮，以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，在高速切削時(shí)產(chǎn)生的高熱都引起偏磨損原因的熱塑性變形，由此顯著促使磨損進(jìn)行，至使使用壽命時(shí)間比較短。
如上所述，本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具在通常條件下各種鋼和鑄鐵等的切削加工不言而喻，特別是在其高速切削加工時(shí)可發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性，可完全滿足切削加工省力、節(jié)能以及低成本。
由表12、18、20、21所示的第7實(shí)施例的結(jié)果可知，由硬質(zhì)涂覆層第1構(gòu)成層與第2構(gòu)成層4-9層交互疊層構(gòu)成的本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具1-10都在伴隨高的機(jī)械熱沖擊的高速斷續(xù)切削條件下進(jìn)行鋼和鑄鐵的切削加工，由于具有高強(qiáng)度和高韌性的第1構(gòu)成層與具有優(yōu)越高溫硬度和耐熱性的第2構(gòu)成層涉及同時(shí)且均等，并且不經(jīng)時(shí)變化的切削，硬質(zhì)涂覆層不發(fā)生崩刃，對(duì)比優(yōu)越耐磨性的長(zhǎng)期發(fā)揮，以前的涂覆硬質(zhì)合金工具1-10，特別是在切削時(shí)都直接且優(yōu)先涉及上層的Al2O3層，由于主要上述上層的切削樣式，在高速斷續(xù)切削條件下的在切削時(shí)，因上述上層的強(qiáng)度和韌性不足的原因而發(fā)生崩刃，至使使用壽命時(shí)間比較短。
如上所述，本發(fā)明涂覆硬質(zhì)合金工具在通常條件下各種鋼和鑄鐵等的切削加工不言而喻，特別是在快的切削速度下進(jìn)行其斷續(xù)切削的場(chǎng)合，可長(zhǎng)期發(fā)揮優(yōu)越的耐磨性，可完全滿足切削加工省力、節(jié)能以及低成本。
表1

R表示余量(質(zhì)量％)
表2

表3

表中1-TiCN的“1-”表示軸向生長(zhǎng)的晶體結(jié)構(gòu)表4

表中工具壽命是由切刃上發(fā)生崩刃導(dǎo)致的表5

表6

表中1-TiCN的“1-”表示軸向生長(zhǎng)的晶體結(jié)構(gòu)表7

表中工具壽命是由切刃上發(fā)生崩刃導(dǎo)致的表8

表9

表中1-TiCN的“1-”表示軸向生長(zhǎng)的晶體結(jié)構(gòu)表10

表中工具壽命是由切刃上發(fā)生崩刃導(dǎo)致的表11

*表示α型晶體結(jié)構(gòu)。
除非另有說明晶體結(jié)構(gòu)為K型表12

“R”表示反應(yīng)氣體組成的剩余百分?jǐn)?shù)表13

表14

表中工具壽命是由硬質(zhì)涂層上發(fā)生崩刃導(dǎo)致的表15

表16

表17

表18

表19

表20

表21

在表中工具壽命是由硬質(zhì)涂層上發(fā)生崩刃導(dǎo)致的
權(quán)利要求
1.一種在重切削條件下切刃部位發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，其特征在于在碳化鎢基硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均層厚蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)涂覆層，而且以氮化鈦構(gòu)成上述第1薄層，以結(jié)晶構(gòu)造κ型的氧化鋁構(gòu)成上述第2薄層，同時(shí)上述第1薄層在硬質(zhì)涂覆層中所占的比例為70-95質(zhì)量％。
2.權(quán)利要求1所述的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，其特征在于以結(jié)晶構(gòu)造κ型的氧化鋁層構(gòu)成第1薄層，以氮化鈦層構(gòu)成上述第2薄層，同時(shí)第1薄層在硬質(zhì)涂覆層中所占的比例為60-90質(zhì)量％。
3.權(quán)利要求1所述的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，其特征在于以氮化鈦層構(gòu)成第1薄層，以結(jié)晶構(gòu)造κ型的氧化鋁層構(gòu)成上述第2薄層，同時(shí)上述第1薄層在硬質(zhì)涂覆層中所占的比例為41-69質(zhì)量％。
4.一種在高速斷續(xù)切削中發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，其特征在于在碳化鎢基硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8-10μm的總平均層厚蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)涂覆層，而且以碳氮化鈦層構(gòu)成上述第1薄層，以氧化鋁層構(gòu)成上述第2薄層。
5.利要求4所述的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，其特征在于以氮化鈦層和/或碳氮化鈦層構(gòu)成第1薄層，以氧化鉿構(gòu)成上述第2薄層。
6.一種在高速切削中切刃部位發(fā)揮優(yōu)越耐熱塑性變形性的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，其特征在于在碳化鎢基硬質(zhì)合金基體的表面上化學(xué)蒸發(fā)由每層平均層厚0.25-0.75μm的第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層交互多重疊層構(gòu)成的，同時(shí)上述第1構(gòu)成層由氮化鈦層和/或碳氮化鈦層構(gòu)成，上述第2構(gòu)成層由氧化鉿層構(gòu)成，且上述第1構(gòu)成層和第2構(gòu)成層總層數(shù)為4-9層，總平均層厚1-6μm的硬質(zhì)涂覆層。
7.利要求6所述的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，其特征在于第2構(gòu)成層由氧化鋁層構(gòu)成。
全文摘要
提供一種在重切削條件下切刃部位發(fā)揮優(yōu)越耐崩刃性的表面涂覆硬質(zhì)合金制造的切削工具，在碳化鎢基硬質(zhì)合金基體的表面上以0.8－10μm的總平均層厚蒸發(fā)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(gòu)成的硬質(zhì)涂覆層，而且以氮化鈦構(gòu)成上述第1薄層，以結(jié)晶構(gòu)造κ型的氧化鋁層構(gòu)成上述第2薄層，同時(shí)上述第1薄層在硬質(zhì)涂覆層中所占的比例為70－95質(zhì)量％。
文檔編號(hào)C23C30/00GK1396029SQ0214190
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者大鹿高歲, 植田稔晃 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社