專利名稱：表面包覆立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料制切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面包覆立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料制切削工具(以下，稱 之為包覆CBN基燒結(jié)工具)，其對(duì)合金工具鋼或軸承鋼的淬火材料等高硬度材料進(jìn)行高速 斷續(xù)切削加工時(shí)，硬質(zhì)包覆層也具有優(yōu)異的耐熔敷性、耐崩刀性、耐磨性，經(jīng)長期使用也能 夠發(fā)揮穩(wěn)定的切削性能的，在由立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的切削工具基體的表 面形成硬質(zhì)包覆層。
背景技術(shù)：
通常的包覆cBN基燒結(jié)工具公知有如下工具在各種鋼或鑄鐵等被切削材料的車 削加工中裝卸自由地安裝于車刀的前端部而使用的刀片，或裝卸自由地安裝所述刀片而與 在面削加工或槽加工以及臺(tái)肩加工等中使用的整體式的立銑刀同樣進(jìn)行切削加工的刀片 式或立銑刀等。并且，作為包覆cBN基燒結(jié)工具，例如如專利文獻(xiàn)1所示，公知有如下包覆cBN基 燒結(jié)工具，即在由立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料(以下稱之為cBN基燒結(jié)材料)構(gòu)成的 工具主體的表面上蒸鍍形成TiN層、Ti與Al的復(fù)合氮化物(以下由TiAlN表示)層等的 表面包覆層，并且公知將這些使用于各種鋼或鑄鐵等的切削加工中。而且，在這些包覆cBN基燒結(jié)工具中，為了提高其切削性能進(jìn)一步進(jìn)行各種改良。例如在專利文獻(xiàn)2中公知有如下技術(shù)在工具基體的前刀面與后刀面之間形成具 備珩磨面的刀刃的同時(shí)，在關(guān)于這些前刀面、珩磨面、后刀面形成有硬質(zhì)包覆層的包覆cBN 基燒結(jié)工具中，將上述珩磨面上的上述硬質(zhì)包覆層的層厚設(shè)為小于該珩磨面與上述前刀面 或者后刀面的至少任一方的棱線部中其他珩磨面上的部分，由此防止包覆cBN基燒結(jié)工具 的硬質(zhì)膜的剝離，且提高其耐磨性。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開2008-302438號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利公開2004-17174號(hào)公報(bào)近年來切削加工裝置的FA化非常顯著，另一方面對(duì)切削加工強(qiáng)烈要求省力化、節(jié) 能化、以及低成本化，隨之切削加工除了要求一般的切削條件之外，還存在要求更高速條件 下的切削加工的傾向，但上述以往的cBN基燒結(jié)工具中，將各種鋼或鑄鐵在一般條件下進(jìn) 行切削加工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生特別的問題，但將這些在合金工具鋼或軸承鋼的淬火材料等的高硬 度材料的高速斷續(xù)切削中使用時(shí)具有如下現(xiàn)狀，即由于通過刀刃部中產(chǎn)生的高熱被切削材 料及切屑被高溫加熱，所以尤其在刀刃的棱線部中容易產(chǎn)生與被切削材料的熔敷，并且對(duì) 刀刃斷續(xù)作用沖擊性的高負(fù)荷，所以在刀刃的刀尖產(chǎn)生邊界異常損傷，在比較短的時(shí)間內(nèi) 達(dá)到使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明者們從如上述的觀點(diǎn)考慮，為了開發(fā)在合金工具鋼或者軸承鋼的淬 火材料等的高硬度材料的高速斷續(xù)切削加工中硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的耐熔敷性的同時(shí)發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨性的包覆cBN基燒結(jié)工具，從硬質(zhì)包覆層的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn) 行研究的結(jié)果，得到了如下見解。首先，從硬質(zhì)包覆層的材質(zhì)方面來說，如所述專利文獻(xiàn)1中也表示，如下構(gòu)成(甲)將硬質(zhì)包覆層的下部層設(shè)為TiAlN層構(gòu)成，所述TiAlN層以如下組合式表示 時(shí)，具有X為0. 3 0. 6 (其中，為原子比)的0. 5 4 μ m的平均層厚，組合式=(Ti1-XAl5i)N(乙)將硬質(zhì)包覆層的上部層設(shè)為由各自一層平均層厚為0.03 0. 3μπι的薄層 A與薄層B的交替疊層結(jié)構(gòu)，并且，由TiAlN層構(gòu)成薄層Α，所述TiAlN層以如下組合式表示時(shí)，X為0. 3 0. 6 (其 中，為原子比)，組合式=(TiHAlx)N并且由TiN層構(gòu)成薄層B時(shí)，在合金工具鋼或軸承鋼的淬火材料等的高硬度材料的高速切削加工中，能夠一定 程度防止邊界異常損傷和缺損的產(chǎn)生。但是，對(duì)刀刃斷續(xù)作用沖擊性的高負(fù)荷的高速斷續(xù)切削加工中，用所述專利文獻(xiàn)1 公開的包覆cBN基燒結(jié)工具無法充分滿足防止邊界異常損傷和缺損的產(chǎn)生。因此，本發(fā)明者們從包覆層的結(jié)構(gòu)之類的觀點(diǎn)進(jìn)一步進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了如下 內(nèi)容在所述專利文獻(xiàn)1所示的由交替疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的上部層結(jié)構(gòu)中，將珩磨面與后刀面 的棱線部以外區(qū)域的最外層由與薄層A相同組成的TiAlN層構(gòu)成的同時(shí)，將其層厚設(shè)為 0. 1 0. 8 μ m，另一方面，在珩磨面與后刀面的棱線部中，通過露出形成薄層A(TiAlN層) 與薄層B (TiN層)的交替疊層截面，可以進(jìn)一步謀求耐熔敷性的提高的同時(shí)，獲得耐崩刀 性、耐磨性優(yōu)異的包覆cBN基燒結(jié)工具。該發(fā)明是基于上述見解而完成的，具有如下特征一種表面包覆立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料制切削工具(包覆cBN基燒結(jié)工 具)，其在由含有50 85體積％的立方晶氮化硼的立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的 工具基體表面蒸鍍形成由下部層和上部層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，其特征在于，(a)上述工具基體具有如下珩磨形狀，即所述珩磨形狀從前刀面方向觀察珩磨的 寬度為0. 03 0. 3mm,珩磨角度與前刀面形成的角度為10 35度的范圍內(nèi)，(b)上述硬質(zhì)包覆層的下部層由Ti與Al的復(fù)合氮化物層構(gòu)成，所述Ti與Al的復(fù) 合氮化物層以如下組合式表示時(shí)，具有X為0. 3 0. 6 (其中，為原子比)的0. 5 4 μ m的 平均層厚，組合式=(Ti1-XAl5i)N(c)上述硬質(zhì)包覆層的上部層由各自一層平均層厚為0. 03 0. 3 μ m的薄層A與 薄層B的交替疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，上述薄層A為上述Ti與Al的復(fù)合氮化物層，上述薄層B為Ti的氮化物層，(d)上述上部層的最外層除了珩磨面與后刀面的棱線部以外由平均層厚為0. 1 0. 8 μ m的上述Ti與Al的復(fù)合氮化物層構(gòu)成，另一方面，珩磨面與后刀面的棱線部中不存在 上述最外層，而露出形成有上述薄層A與薄層B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)。
下面，對(duì)該發(fā)明的包覆cBN基燒結(jié)工具詳細(xì)說明。(a) cBN基燒結(jié)材料超高壓燒結(jié)材料制工具基體中的cBN為極其硬質(zhì)且在燒結(jié)材料中形成分散相，而 且通過該分散相謀求耐磨性的提高，但若其配合比例過少則無法確保所希望的優(yōu)異的耐磨 性，另一方面，若其配合比例過多則cBN基材料本身的燒結(jié)性下降，其結(jié)果容易在刀刃產(chǎn)生 缺損，從該觀點(diǎn)考慮cBN的配合比例設(shè)為50 85體積％。另外，cBN基燒結(jié)材料中，作為其成分，例如含有Ti化合物、Al和/或A1203、WC等， 但該發(fā)明中沒有特別限制這些含量。但是，例如關(guān)于Ti化合物(選自TiN、TiCN及TiC的1種或2種以上)，具有提高 燒結(jié)性的同時(shí)在燒結(jié)體中形成連續(xù)相而提高強(qiáng)度的作用，但若其配合比例過少則無法確保 所希望的強(qiáng)度，另一方面，若其配合比例過多則cBN的含量就相對(duì)變少，容易產(chǎn)生前刀面的 磨損等，因此從這些觀點(diǎn)考慮優(yōu)選規(guī)定其配合量。而且，Al和/或Al2O3在燒結(jié)時(shí)優(yōu)先將其凝聚在cBN粉末的表面，反應(yīng)而形成反應(yīng) 產(chǎn)物，在燒結(jié)后的cBN基材料中介于形成連續(xù)相的Ti化合物相與形成硬質(zhì)分散相的cBN相 之間，該反應(yīng)產(chǎn)物具有形成所述連續(xù)相的Ti化合物相與形成硬質(zhì)分散相的cBN相均固定地 緊密接合的性質(zhì)，因此雖然使對(duì)所述cBN相的作為連續(xù)結(jié)合相的Ti化合物相的緊密性顯著 提高，且使刀刃的耐崩刀性提高，但若其量變得過多則cBN的含量變少，容易產(chǎn)生前刀面磨 損等，因此從這些觀點(diǎn)考慮需要規(guī)定其配合量。并且，關(guān)于WC，由于在cBN粒子的附近生成W的硼化物，并控制TW2的生成，可以 有助于耐崩刀性的提高，但若WC含量過多則WC成分會(huì)殘留，反而導(dǎo)致耐崩刀性下降，因此 優(yōu)選WC的配合比例設(shè)為少量。(b)珩磨形狀如圖1所示，由本發(fā)明的cBN基燒結(jié)材料構(gòu)成的工具主體的珩磨形狀從前刀面方 向觀察珩磨的寬度為0. 03 0. 3mm，珩磨角度與前刀面形成的角度設(shè)為10 35度的范圍 內(nèi)。這是用于確保刀尖強(qiáng)度的形狀，關(guān)于珩磨的角度，在10度以下則不能保持刀尖的 強(qiáng)度，若成35度以上則切削時(shí)的前刀角過于向負(fù)值變大而鋒利度下降。而且，其理由如下 關(guān)于珩磨寬度，小于0. 03mm時(shí)無法確保刀尖的強(qiáng)度，另一方面，若超過0. 3mm則刀尖阻力變 大而導(dǎo)致鋒利度下降。(c)硬質(zhì)包覆層的下部層由于構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的下部層的TiAlN層中的Ti成分有助于維持高溫強(qiáng)度，Al成 分有助于提高高溫硬度和耐氧化性，因此構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的下部層的(TipxAlx)N層作為具 備預(yù)定的高溫強(qiáng)度、高溫硬度及耐氧化性的層，基本上承擔(dān)在合金工具鋼或軸承鋼的淬火 材料等的高硬度材料的高速斷續(xù)切削加工時(shí)確保刀刃部的耐磨性的作用。但若Al的含有 比例X超過60原子％則因晶體結(jié)構(gòu)的變化容易使高溫強(qiáng)度下降而產(chǎn)生缺損，另一方面，若 Al的含有比例X小于30原子％則高溫硬度和耐氧化性下降，其結(jié)果，可觀察到耐磨性的下 降，因此將Al的含有比例X的值定為0. 3 0. 6。而且，下部層的平均層厚小于0.5μπι時(shí)，無法將自身所持有的耐氧化性、高溫硬 度及高溫強(qiáng)度長期地賦予至硬質(zhì)包覆層，這成為工具壽命短的原因，另一方面，若其平均層厚超過4 μ m則容易產(chǎn)生缺損，因此將其平均層厚定為0. 5 4 μ m。另外，為了確保超高壓燒結(jié)材料制切削工具基體與下部層的充分的粘合性，可 以使TiN的薄層介于基體與下部層之間，但優(yōu)選該TiN的薄層的層厚設(shè)為0. 01 μ m以上 0. 5ym以下。(d)硬質(zhì)包覆層的上層部上部層的薄層A 構(gòu)成上部層的薄層A的TiAlN層由薄層A和薄層B構(gòu)成交替疊層結(jié)構(gòu)，由此在不 損害薄層B所具有的韌性、耐沖擊性而彌補(bǔ)薄層B中不足的特性(高溫硬度、高溫強(qiáng)度、耐 氧化性)。而且，當(dāng)構(gòu)成交替疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，關(guān)于珩磨部以外的部位(主要是后刀面)，通過由 TiAlN層構(gòu)成上部層的最外層來確保高硬度鋼的可承受高速斷續(xù)切削的耐磨性。(另外，關(guān)于珩磨部的層結(jié)構(gòu)將在后文敘述。)而且，構(gòu)成薄層A的TiAlN層，由組合式=(TigAlx) N層表示時(shí)，與下部層(由組合 式(TigAlx)N表示的TiAlN層)的情況同樣，具備優(yōu)異的高溫硬度、高溫強(qiáng)度、耐氧化性，為 彌補(bǔ)薄層B中不足的特性，將X的值定為0. 3 0. 6。另外，構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的下部層和薄層A的材料為相同成分系列的材料，所以例 如通過作為物理氣相沉積的電弧離子鍍成膜時(shí)，當(dāng)使用同一種類的靶子形成下部層(的 TiAlN層)和薄層A(的TiAlN層)時(shí)，形成相同組成的TiAlN層。但，下部層的TiAlN層 和薄層A的TiAlN層無需一定是相同組成，進(jìn)行物理氣相沉積時(shí)，例如使用不同組成的多個(gè) 靶子時(shí)，下部層和薄層A形成不同組成的TiAlN層，但任何情況下，若在與Ti的總量中所占 的X的含有比例(原子比)分別在0.3 0.6的范圍內(nèi)，則硬質(zhì)包覆層的特性上不會(huì)產(chǎn)生 任何不良情況。并且，上部層的薄層B如后所述，為具備預(yù)定的韌性、耐沖擊性的層，雖然抑制高 硬度材料的高速斷續(xù)切削加工時(shí)的邊界異常損傷和缺損的發(fā)生，但其另一方面，因高溫硬 度的不足容易產(chǎn)生耐磨性的下降，所以通過交替地疊層具備優(yōu)異的高溫硬度、高溫強(qiáng)度、耐 氧化性的上述薄層A與薄層B，從而彌補(bǔ)高溫硬度的不足，而且，不會(huì)使薄層B所具有的特 性劣化而作為由交替疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的上部層整體，確保優(yōu)異的高溫硬度、韌性、耐沖擊性， 但薄層A的一層平均厚層小于0. 03 μ m時(shí)無法彌補(bǔ)TiN層的高溫硬度的下降，另一方面， 若其一層平均層厚超過0. 3 μ m則容易產(chǎn)生崩刀，所以薄層A的一層平均層厚定為0. 03 0. 3 μ m0上部層的薄層B:構(gòu)成上部層的薄層B的TiN層具備預(yù)定的韌性、耐沖擊性，因此具有在高硬度材料 的高速斷續(xù)切削加工中防止在硬質(zhì)包覆層產(chǎn)生邊界異常損傷和缺損的作用，但其一層平均 層厚小于0. 03 μ m時(shí)無法充分發(fā)揮上述的優(yōu)異的特性，另一方面，若其一層平均層厚超過 0. 3 μ m則表示上層部的高溫硬度不足且耐磨性下降的傾向，所以薄層B的一層平均層厚定 為0.03 0.3 μ m。(e)珩磨面以外的面(前刀面、后刀面)中的上層部的平均層厚珩磨面以外的面(前刀面、后刀面)中由薄層A和薄層B的交替疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的 上層部，其總計(jì)平均層厚小于0. 8 μ m時(shí)無法充分發(fā)揮高硬度材料的高速斷續(xù)切削加工中 所需的充分的韌性、耐沖擊性，另一方面，若其平均厚度超過3 μ m則容易產(chǎn)生缺損，由此可知，優(yōu)選其平均層厚設(shè)為0. 8 3 μ m，并且優(yōu)選由交替疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的上部層的最外層由 耐磨性優(yōu)異的TiAlN層構(gòu)成，其平均層厚小于0. 1 μ m時(shí)使其發(fā)揮耐磨性時(shí)偏薄，另一方面， 若其平均層厚超過0. 8 μ m則容易產(chǎn)生缺損，由此可知，優(yōu)選其平均層厚設(shè)為0. 1 0. 8 μ m。(f)珩磨面中的上部層在珩磨部的珩磨面中央，將構(gòu)成上部層的最外層的TiAlN層的平均層厚設(shè)為 0. 1 0. 8 μ m，優(yōu)選設(shè)為0. 1 0. 5 μ m，但在珩磨面與后刀面的棱線部中，如圖2所示，去除 最外層而露出形成薄層A與薄層B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)。而且，作為在珩磨面與后刀面的棱線部中除去最外層而形成薄層A與薄層B的交 替疊層截面結(jié)構(gòu)的方法，例如可通過如下方法形成相對(duì)于前刀面以43 47°的傾斜角在 上部層進(jìn)行濕式噴砂處理，去除珩磨面與后刀面的棱線部中的最外層而露出薄層A與薄層 B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明以刀刃部及珩磨部中的上述上層部結(jié)構(gòu)作為最大的特征，尤其在珩磨面中 央及后刀面中將耐磨性高的TiAlN層作為最外層來確保耐磨性，另一方面，在珩磨面與后 刀面的棱線部中通過露出形成薄層A與薄層B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)，由此提高刀刃邊緣的 硬質(zhì)包覆層的強(qiáng)度，并抑制從刀刃邊緣剝離硬質(zhì)膜。并且，通過這種層結(jié)構(gòu)，在合金工具鋼或軸承鋼的淬火材料等的高硬度材料的高 速斷續(xù)切削中，即使在刀刃部產(chǎn)生高熱，且在刀刃部作用有沖擊性或斷續(xù)性的高負(fù)荷，也能 夠防止珩磨面與后刀面的棱線部中的熔敷的產(chǎn)生、硬質(zhì)包覆層的剝離，并且，能夠確保充分 的耐磨性。該發(fā)明的包覆cBN基燒結(jié)工具由上部層和下部層構(gòu)成硬質(zhì)包覆層，而且，將硬質(zhì) 包覆層的上部層設(shè)為薄層A與薄層B的交替疊層結(jié)構(gòu)，另外，關(guān)于珩磨部，在其珩磨面中央 適當(dāng)?shù)卮_保構(gòu)成上部層的最外層的TiAlN層的層厚，另一方面，在珩磨面與后刀面的棱線 部中，去除最外層的TiAlN層，而露出形成薄層A與薄層B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)，由此在珩 磨面與后刀面的棱線部中尤其提高強(qiáng)度，在其以外的部位(前刀面，后刀面)確保充分的耐 磨性，由此可知，合金工具鋼或軸承鋼的淬火材料等的高硬材料即使在產(chǎn)生高熱的同時(shí)在 刀刃部作用沖擊性或斷續(xù)性的高負(fù)荷的高速斷續(xù)切削的嚴(yán)格的切削條件下，也不會(huì)在所述 硬質(zhì)包覆層產(chǎn)生熔敷、邊界異常損傷和缺損，經(jīng)長期使用也能夠發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。


圖1表示本發(fā)明的包覆cBN基燒結(jié)工具的珩磨部附近的簡(jiǎn)要截面圖。圖2表示在本發(fā)明的cBN基燒結(jié)工具的珩磨面與后刀面的棱線部中露出形成有薄 層A與薄層B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說明圖。
具體實(shí)施例方式接著，通過實(shí)施例具體說明該發(fā)明的包覆cBN基燒結(jié)工具。[實(shí)施例]作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有平均粒徑0. 5 4 μ m范圍內(nèi)的cBN粉末、TiN粉末、 TiCN粉末、TiC粉末、Al粉末、Al2O3粉末、及WC粉末，將這些原料粉末配合成表1所示的 配合組成，用球磨機(jī)濕式混合80小時(shí)，干燥之后，以120MPa的壓力沖壓成型為具有直徑50mmX厚度1. 5mm的尺寸的壓坯，接著，在壓力11 的真空氣氛中，在900 1300°C范 圍內(nèi)的預(yù)定溫度中保持60分鐘的條件下燒結(jié)該壓坯而設(shè)為刀刃片用預(yù)燒結(jié)體，以將該預(yù) 燒結(jié)體與另外準(zhǔn)備的Co 8質(zhì)量％、WC 剩余的組成、及具有直徑50mmX厚度2mm的尺寸 的WC基硬質(zhì)合金制支承片重疊的狀態(tài)，裝入一般超高壓燒結(jié)裝置中，在作為一般條件的壓 力4GPa、溫度1200 1400°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度中保持時(shí)間0. 8小時(shí)的條件下進(jìn)行超高 壓燒結(jié)，燒結(jié)之后，使用金剛石磨刀石研磨上下面，用線放電加工裝置分割成一邊為3mm的 正三角形，另外，使用具有由以質(zhì)量％計(jì)，Cu 26%, Ti 5%, Ni :2. 5%、Ag:剩余而構(gòu)成的 組成的Ag合金的釬焊材料對(duì)Co 5質(zhì)量％、TaC 5質(zhì)量％、WC 剩余的組成及具有CIS規(guī)格 SNGA120412的形狀(厚度4. 76mmX 一邊長度12. 7mm的正方形)的WC基硬質(zhì)合金制刀 片主體的釬焊部(隅角部)進(jìn)行釬焊，外周加工成預(yù)定尺寸之后，對(duì)刀刃部施加0. 2mm的倒 角珩磨(Chamfer honing)加工，另外，通過金剛石刷對(duì)刀尖的棱線部施加最終研磨，由此分 別制作了具有ISO規(guī)格SNGA120412的刀片形狀的工具基體A J。(a)接著，以在丙酮中超聲波清洗上述各種工具基體A J且進(jìn)行干燥的狀態(tài)下沿 外周部安裝在圖1所示的從電弧離子鍍裝置內(nèi)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的中心軸向半徑方向遠(yuǎn)離 預(yù)定距離的位置，將具有與表2所示的目標(biāo)組成對(duì)應(yīng)的成分組成的下部層及薄層A形成用 Ti-Al合金作為一方側(cè)的負(fù)電極(蒸發(fā)源)，而且，將上部層的薄層B形成用金屬Ti作為另 一側(cè)的負(fù)電極(蒸發(fā)源)而將上述兩種隔著所述旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)對(duì)置配置(另外，雖然圖1中 未表示，但將下部層和薄層A設(shè)為不同的組成時(shí)，配置下部層形成用Ti-Al合金和薄層A形 成用Ti-Al合金兩種類的負(fù)電極(蒸發(fā)源))，(b)首先，一邊對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行排氣而保持為0. IPa以下的真空，一邊用加熱器將裝 置內(nèi)加熱至500°C以后，導(dǎo)入Ar氣體而設(shè)為0. 7 氣氛的同時(shí)，對(duì)在所述工作臺(tái)上一邊自轉(zhuǎn) 一邊旋轉(zhuǎn)的工具基體外加-200V的直流偏電壓，事先通過氬離子沖擊清洗工具基體表面，(c)將氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體導(dǎo)入到裝置內(nèi)而設(shè)為3Pa的反應(yīng)氣氛的同時(shí)，對(duì)在所述 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的工具基體外加-100V的直流偏電壓，并且在下部層形成 用Ti-Al合金與正電極之間流過100A的電流而產(chǎn)生電弧放電，事先在所述工具基體的表面 蒸鍍形成表2所示的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的(TigAlx)N層作為硬質(zhì)包覆層的下層部，(d)接著調(diào)整導(dǎo)入到裝置內(nèi)的作為反應(yīng)氣體的氮?dú)饬髁慷O(shè)為2Pa的反應(yīng)氣氛的 同時(shí)，以對(duì)在所述旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的工具基體外加-10 -100V范圍內(nèi)的 預(yù)定的直流偏電壓的狀態(tài)，在所述薄層B形成用金屬Ti的負(fù)電極與正電極之間流過100 200A范圍內(nèi)的預(yù)定的電流而產(chǎn)生電弧放電，在所述工具基體的表面形成由預(yù)定層厚的TiN 層構(gòu)成的薄層B后，(e)接著，在相同2 氮?dú)夥磻?yīng)氣氛中，薄層A形成用Ti-Al合金的負(fù)電極與正電 極之間流過相同100 200A范圍內(nèi)的預(yù)定的電流而產(chǎn)生電弧放電，形成由目標(biāo)組成及目標(biāo) 層厚的(TDlx)N層構(gòu)成的薄層A后，(f)將上述(d)，(e)交替反復(fù)進(jìn)行至成為預(yù)定的上部層合計(jì)層厚，最后，以預(yù)定層 厚形成由(TigAlx)N層構(gòu)成的最外層，事先在所述工具基體的表面以同樣地在表2所示的 上部層總計(jì)層厚蒸鍍形成沿層厚方向由表2所示的目標(biāo)組成及一層目標(biāo)層厚的薄層A與薄 層B的交替疊層構(gòu)成的上部層(其中，上部層的最外層由TiAlN層構(gòu)成)。接著，對(duì)蒸鍍形成由上述下部層及上部層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層的工具基體通過如下方法分別制造了表2所示的本發(fā)明包覆cBN基燒結(jié)工具1 10，即以相對(duì)于前刀面為43 47°的傾斜角對(duì)硬質(zhì)包覆層進(jìn)行濕式噴砂處理(介質(zhì)氧化鋁粒子(粒徑20 μ m)，噴砂壓 力0. IMPa，噴砂時(shí)間10sec，刀片轉(zhuǎn)速60rpm)，去除在珩磨面與后刀面的棱線部中的最 外層，對(duì)該棱線部露出形成薄層A與薄層B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)。以比較的目的，對(duì)上述工具基體A J的各自分別制造了蒸鍍形成與本發(fā)明包覆 cBN基燒結(jié)工具1 10相同的硬質(zhì)包覆層的以往包覆cBN基燒結(jié)工具1 10。S卩，在以往包覆cBN基燒結(jié)工具1 10中，不施加濕式噴砂處理，硬質(zhì)包覆層的層 厚對(duì)后刀面、前刀面、珩磨面的任意一個(gè)面也都是相同厚度，而且，薄層A和薄層B在任意一 個(gè)部位也確實(shí)交替疊層，沒有露出形成交替疊層截面結(jié)構(gòu)的部位。為了參考，使用工具基體A、B形成了所述專利文獻(xiàn)2中記載的結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)包覆層。即，對(duì)工具基體A以3μπι的層厚包覆TiN層的單層的同時(shí)，在珩磨面與后刀面的 棱線部中，制作了施加濕式噴砂處理的參考包覆cBN基燒結(jié)工具1。而且，對(duì)工具基體B以3μπι的層厚包覆TiAlN(Ti50原子％-Α150原子％ )層的 單層的同時(shí)，在珩磨面與后刀面的棱線部中，制作了施加濕式噴砂處理的參考包覆cBN基 燒結(jié)工具2 ο對(duì)上述制作的各包覆cBN基燒結(jié)工具的表面包覆層，通過利用透射式電子顯微鏡 的能量分散型X射線分析法測(cè)量其組成，其結(jié)果示出與各種目標(biāo)組成實(shí)際上相同的組成， 并且，使用透過型電子顯微鏡截面測(cè)量其平均層厚，其結(jié)果，均示出與目標(biāo)層厚實(shí)際上相同 的平均值(5個(gè)部位的平均值)。接著，在均以使用固定夾具將上述各種包覆cBN基燒結(jié)工具擰緊于工具鋼制車刀 的前端部的狀態(tài)，對(duì)本發(fā)明包覆cBN基燒結(jié)工具1 10、以往包覆cBN基燒結(jié)工具1 10 及參考包覆cBN基燒結(jié)工具1、2用以下的切削條件A C實(shí)施了高速斷續(xù)切削試驗(yàn)。[切削條件A]被切削材料JIS SCM420 (硬度HRC60)長度方向等間隔有4條縱槽的圓棒，切削速度250m/min，吃刀深度0· 2讓，給料速度0.llmm/rev.，切削時(shí)間8分鐘，在以上的條件下進(jìn)行滲碳淬火合金鋼的干式高速斷續(xù)切削加工試驗(yàn)(一般的切 削速度是120m/min·)，[切削條件B]被切削材料JIS SCr420(硬度HRC61)的長度方向等間隔有4條縱槽的圓棒，切削速度270m/min.，吃刀深度0· 16讓，給料速度0.10mm/rev.，切削時(shí)間8分鐘，在以上的條件下進(jìn)行滲碳淬火鉻鋼的干式高速斷續(xù)切削加工試驗(yàn)(一般的切削 速度是 120m/min.)，[切削條件C]
被切削材料JIS SUJ2(硬度HRC61)的長度方向等間隔有4條縱槽的圓棒，切削速度260m/min.，吃刀深度0· 20讓，給料速度0.llmm/rev.，切削時(shí)間8分鐘，在以上的條件下進(jìn)行淬火軸承鋼的干式高速斷續(xù)切削加工試驗(yàn)(一般的切削速 度是 120m/min.)，并且，測(cè)量上述的各切削加工試驗(yàn)中的刀刃的后刀面磨損寬度(mm)。將該測(cè)量結(jié) 果示于表4。[表1]
權(quán)利要求
1. 一種表面包覆立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料制切削工具，在由含有50 85體 積％的立方晶氮化硼的立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體表面上，蒸鍍形成 由下部層和上部層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層，其特征在于，(a)上述工具基體具有珩磨形狀，所述珩磨形狀從前刀面方向觀察珩磨的寬度為 0. 03 0. 3mm，珩磨角度與前刀面形成的角度為10 35度的范圍內(nèi)，(b)上述硬質(zhì)包覆層的下部層由Ti與Al的復(fù)合氮化物層構(gòu)成，所述Ti和Al的復(fù)合氮 化物層以如下組合式表示時(shí)，具有原子比X為0. 3 0. 6的0. 5 4 μ m的平均層厚，組合式=(Ti1^Alx)N(c)上述硬質(zhì)包覆層的上部層由各自一層平均層厚為0.03 0. 3 μ m的薄層A與薄層 B的交替疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，上述薄層A為上述Ti與Al的復(fù)合氮化物層，上述薄層B為Ti的氮化物層，(d)上述上部層的最外層除了珩磨面與后刀面的棱線部以外由平均層厚為0.1 0.8μπι的上述Ti與Al的復(fù)合氮化物層構(gòu)成，另一方面，珩磨面與后刀面的棱線部中，不存 在上述最外層，而露出形成有上述薄層A與薄層B的交替疊層截面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面包覆cBN切削工具，硬質(zhì)包覆層在高硬度材料的高速斷續(xù)切削加工中，發(fā)揮優(yōu)異的耐熔敷性、耐崩刀性、耐磨性。(a)為具有如下珩磨形狀工具基體，即從前刀面方向觀察珩磨的寬度為0.03～0.3mm，且珩磨角度與前刀面形成的角度為10～35度的范圍內(nèi)，在具有如上珩磨形狀的cBN制工具基體上形成硬質(zhì)包覆層的表面包覆cBN切削工具中，(b)下部層由(Ti、Al)N層構(gòu)成，(c)上層部由(Ti、Al)N層與TiN層的交替疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，(d)上層部的最外層在珩磨面與后刀面的棱線部以外的區(qū)域設(shè)為(Ti、Al)N層，另一方面，珩磨面與后刀面的棱線部中，不存在最外層，而露出形成有上述(Ti、Al)N層與TiN層的交替疊層截面結(jié)構(gòu)，由此謀求耐熔敷性、耐崩刀性、耐磨性的提高。
文檔編號(hào)B32B9/00GK102120268SQ20101056778
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者佐伯卓司, 岡田義一, 西山滿康, 高岡秀充 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社