專利名稱：用于干銑的涂層刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂層硬質(zhì)合金切削刀片，特別用于優(yōu)選地以高切削速度在干條件下粗銑帶有或不帶有鑄造表皮的高合金化灰口鑄鐵、球墨鑄鐵和致密石墨鑄鐵。
US6,638,609公開了一種涂層銑刀片，特別用于以低速和中等切削速度在濕條件下銑削帶有或不帶有鑄造表皮的灰口鑄鐵，以及以中等切削速度在濕條件下銑削帶有或不帶有鑄造表皮的球墨鑄鐵和致密石墨鑄鐵。該刀片的特征在于，低含量立方晶系碳化物和高W合金化粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金，和柱狀晶粒的TiCxNy內(nèi)層、其后的κ-Al2O3層和TiN頂層的涂層。
本發(fā)明的目的是提供涂層硬質(zhì)合金切削刀片，特別用于優(yōu)選地以高切削速度在干條件下粗銑高合金灰口鑄鐵、球墨鑄鐵和致密石墨鑄鐵。
令人意外地發(fā)現(xiàn)，利用下述的切削刀片能夠獲得相對(duì)于上述切削操作中主要的不同磨損類型顯示出改進(jìn)性能的切削刀片，所述切削刀片包括硬質(zhì)合金主體，其具有較高W合金化粘結(jié)相并具有WC余量化學(xué)成分和晶粒度；柱狀TiCxNy層和濕噴砂α-Al2O3層。
根據(jù)本發(fā)明，提供的涂層切削根據(jù)刀片的構(gòu)成是硬質(zhì)合金主體，其具有7.3-7.9wt％的Co，優(yōu)選地為7.6wt％的Co；1.0-1.8wt％、優(yōu)選地1.4-1.7wt％的金屬Ta和Nb的立方晶系碳化物；以及余量的WC。WC的平均晶粒度在大約1.5-2.5μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地約1.8μm。
鈷粘結(jié)相與W高合金化。在粘結(jié)相中的W含量可以表達(dá)為CW比例＝Ms/(wt％Co0.0161)，這里Ms是以kA/m為單位的硬質(zhì)合金主體的飽和磁化強(qiáng)度，wt％Co是在硬質(zhì)合金中Co的重量百分?jǐn)?shù)。CW值是Co粘結(jié)相中W含量的函數(shù)。高的CW值對(duì)應(yīng)于粘結(jié)相中低的W含量。
根據(jù)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，如果硬質(zhì)合金主體具有0.86-0.94的CW比例，則獲得改善的切削性能。硬質(zhì)合金可以含有＜3vol％的少量的η相M6C，而無(wú)任何有害的影響。
不帶涂層的切削刃的半徑為35-60μm。
涂層包括TiCxNyOz的第一最內(nèi)層，其中x+y+z＝1，y＞x，且z＜0.2，優(yōu)選地y＞0.8且z＝0，具有晶粒度＜0.5μm的等軸晶粒，總厚度＜1.5μm，優(yōu)選地＞0.1μm；TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3且y＞0.3，優(yōu)選地x≥0.5，厚度為4.5-9.5μm，優(yōu)選地5-8μm，具有柱狀晶粒，其平均直徑＜5μm，優(yōu)選地0.1-2μm；平滑細(xì)晶粒層，約0.5-2μm的平均晶粒度，基本由α相構(gòu)成的Al2O3。然而，如XRD測(cè)量方法測(cè)定的，該層可以含有＜5vol％的少量其他相，如θ或κ相。該Al2O3層具有4.5-9.5μm的厚度，優(yōu)選地為5-8μm，表面粗糙度優(yōu)選地為在10μm長(zhǎng)度上Rmax≤0.4μm。
本發(fā)明還涉及制造涂層切削刀片的方法，其中所述涂層切削刀片包括硬質(zhì)合金主體，其具有7.3-7.9wt％的Co，優(yōu)選地7.6wt％的Co；1.0-1.8wt％、優(yōu)選地1.4-1.7wt％的金屬Ta和Nb的立方晶系碳化物；以及余量的WC。WC的平均晶粒度在大約1.5-2.5μm，優(yōu)選地約1.8μm。
鈷粘結(jié)相與W高合金化，如上定義的CW比例為0.86-0.94。硬質(zhì)合金可以含有＜3vol％的少量η相M6C，而無(wú)任何有害影響。
所述刀片干噴砂成35-60μm的研磨刃并且其后淀積涂層，包括用已知的CVD方法形成TiCxNyOz的第一最內(nèi)層，其中x+y+z＝1，y＞x且z＜0.2，優(yōu)選地y＞0.8且z＝0，具有晶粒度＜0.5μm的等軸晶粒，總厚度＜1.5μm，優(yōu)選地＞0.1μm；優(yōu)選地用MTCVD技術(shù)以乙腈為碳和氮源在700-900℃溫度年、范圍內(nèi)形成TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3且y＞0.3，優(yōu)選地x≥0.5，厚度為4.5-9.5μm，優(yōu)選地5-8μm，具有柱狀晶粒，平均直徑＜5μm，優(yōu)選地0.1-2μm。然而，精確的條件在一定程度上取決于所使用設(shè)備的設(shè)計(jì)；用已知的CVD方法形成平滑細(xì)晶粒層，其中平均晶粒度大約0.5-2μm，基本由α相構(gòu)成Al2O3。然而，如XRD測(cè)量方法測(cè)定的，該層可以含有＜5vol％的少量其他相，如θ或κ相。該Al2O3層具有4.5-9.5μm、優(yōu)選地5-8μm的厚度。
最終，刀片用氧化鋁砂干噴砂，以便獲得平滑的表面光潔度，優(yōu)選地在10μm長(zhǎng)度上Rmax≤0.4μm。
本發(fā)明還涉及上述切削刀片的使用，用于以100-300m/min的切削速度和取決于切削速度和刀片幾何形狀的0.15-0.35毫米/齒(mm/tooth)的進(jìn)給量，在干條件下粗銑帶有或不帶有鑄造表皮的高合金灰口鑄鐵、致密石墨鑄鐵和球墨鑄鐵。
例1根據(jù)本發(fā)明的成分為7.6wt％Co、1.25wt％TaC、0.30％wt％Nbc和余量的平均晶粒度為1.8μm的WC、且具有與0.87的CW比例相對(duì)應(yīng)的與W合金化的粘結(jié)相的硬質(zhì)合金銑刀片用0.5μm等軸TiC0.05N0.95層涂層，該等軸TiC0.05N0.95層具有與估算的0.05的C/N比例相應(yīng)的高氮含量，隨后通過MTCVD技術(shù)(溫度850-885℃并且以CH3CN為碳/氮源)涂層11μm厚的具有柱狀晶粒的TiC0.54N0.46層。在所述涂層循環(huán)的隨后步驟中，如EP-A-523 021中公開的，用溫度970℃和H2S攙雜劑濃度0.4％淀積4μm厚的α-Al2O3層。
所述刀片用氧化鋁砂干噴砂，以便獲得平滑的表面光潔度。
例2在高合金灰口鑄鐵的氣缸體的端面銑削中測(cè)試根據(jù)本發(fā)明的刀片工具Sandvik Coromant R260.31-250刀片數(shù)目40片標(biāo)準(zhǔn)表面光潔度和工件燒結(jié)(frittering)對(duì)比樣Sandvik Coromant GC3020牌號(hào)中的TNEF 1204AN-CAA競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手牌號(hào)B競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手牌號(hào)切削數(shù)據(jù)切削速度Vc＝120m/min每齒進(jìn)給量Fz＝0.2mm/齒切削深度Ap＝4mm干條件對(duì)比樣GC3020(現(xiàn)有技術(shù))的工具壽命生產(chǎn)1000個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體本發(fā)明工具五次測(cè)試的平均壽命2073個(gè)氣缸蓋工具壽命增加107％，具有改進(jìn)的表面光潔度和生產(chǎn)率競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手A的工具壽命1187片競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手B的工具壽命1205片。
例3在高合金灰口鑄鐵的氣缸蓋的端面銑削中測(cè)試根據(jù)本發(fā)明的刀片工具Sandvik Coromant R260.31-315刀片數(shù)目50片標(biāo)準(zhǔn)表面光潔度和工件燒結(jié)對(duì)比樣Sandvik Coromant GC3040牌號(hào)中的TNEF1204AN-WL切削數(shù)據(jù)切削速度Vc＝283m/min每齒進(jìn)給量Fz＝0.27mm/齒切削深度Ap＝3-5mm干條件對(duì)比樣3040的工具壽命在標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)中加工75個(gè)氣缸蓋本發(fā)明工具五次測(cè)試的平均壽命加工231個(gè)氣缸蓋工具壽命增加208％，表面光潔度提高。
權(quán)利要求
1.一種切削刀片，用于在干條件下優(yōu)選地以高切削速度和低和中等切削速度銑削帶有或不帶有鑄造表皮的高合金灰口鑄鐵以及以中等切削速度在干條件下銑削球墨鑄鐵和致密石墨鑄鐵，所述刀片包括硬質(zhì)合金主體和涂層，其特征在于，所述硬質(zhì)合金主體包括平均晶粒度在1.5-2.5μm的范圍內(nèi)的WC、7.3-7.9wt％的Co和1.0-1.8wt％的金屬Ta和Nb的立方晶系碳化物以及高W合金化的粘結(jié)相，該粘結(jié)相具有0.86-0.94的CW比例和＜3vol％的η相，并且其特征在于所述涂層包括TiCxNyOz的第一最內(nèi)層，其中x+y+z＝1，Y＞x且z＜0.2，優(yōu)選地y＞0.8且z＝0，具有晶粒度＜0.5μm的等軸晶粒，總厚度為0.1-1.5μm；TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3且y＞0.3，優(yōu)選地x≥0.5，厚度為4.5-9.5μm，具有平均晶粒直徑＜5μm的柱狀晶粒；平滑細(xì)晶粒層，0.5-2μm的α-Al2O3，厚度為4.5-9.5μ，優(yōu)選地表面粗糙度為在10μm長(zhǎng)度上Rmax≤0.4μm。
2.如權(quán)利要求1所述的銑刀片，其特征在于，硬質(zhì)合金含有1.4-1.7wt％的Ta和Nb碳化物。
3.如權(quán)利要求1所述的銑刀片，其特征在于，未涂層的切削刃半徑為35-60μm。
4.制造包括硬質(zhì)合金主體和涂層的銑刀片的方法，其特征在于，以WC-Co為基的硬質(zhì)合金主體包括WC，7.3-7.9wt％的Co和1.0-1.8wt％的金屬Ta和Nb的立方晶系碳化物以及CW比例為0.86-0.94的高W合金化粘結(jié)相，所述方法包括步驟用CVD方法淀積TiCxNyOz的第一最內(nèi)層，其中x+y+z＝1，y＞x且z＜0.2，具有晶粒度＜0.5μm的等軸晶粒結(jié)構(gòu)，總厚度為0.1-1.5μm；用MTCVD技術(shù)淀積TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3且y＞0.3，厚度為4.5-9.5μm，具有平均晶粒直徑＜5μm的柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，其中MTCVD技術(shù)使用乙腈作為碳和氮源以在700-900℃的溫度范圍內(nèi)形成層；使用已知的CVD方法淀積α-Al2O3層，厚度為4.5-9.5μm；和用氧化鋁砂干噴砂所述層，以便獲得平滑的表面光潔度，優(yōu)選地表面光潔度為在10μm長(zhǎng)度上Rmax≤0.4μm。
5.如前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述硬質(zhì)合金主體含有1.4-1.7wt％的Ta和Nb碳化物。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在涂層前干噴砂所述刀片成35-60μm的研磨刃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的切削刀片的使用，用于以100-300m/min的切削速度和取決于切削速度和刀片幾何形狀的0.15-0.35毫米/齒的進(jìn)給量，使用流體冷卻劑，濕銑諸如灰口鑄鐵、致密石墨鑄鐵和球墨鑄鐵的鑄鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開一種涂層銑刀片，特別用于優(yōu)選地以高切削速度在干條件下銑削帶有或不帶有鑄造表皮的灰口鑄鐵以及以高切削速度在干條件下銑削帶有或不帶有鑄造表皮的球墨鑄鐵和致密石墨鑄鐵。刀片的特征在于WC－Co硬質(zhì)合金和涂層，其中WC－Co硬質(zhì)合金具有低含量的立方晶系碳化物和高W合金化的粘結(jié)相，涂層包括具有柱狀晶粒的TiC
文檔編號(hào)C23C30/00GK1772423SQ20051012034
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月8日
發(fā)明者英厄馬爾·赫斯曼 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司