切削工具的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>電解或電泳工藝的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及一種在基材的表面上形成有硬膜的切削工具，更具體而言，本發(fā)明涉及一種通過(guò)在基材上形成硬膜而制成的適合于高速進(jìn)給和高速機(jī)加工的切削工具，該基材包括無(wú)立方相層(cfl)，其中，表面的鈷(co)含量、基材中的co含量和cfl的最大鈷含量之間的差異是最小的。

背景技術(shù)：

用于切削工具的硬質(zhì)合金，作為wc硬化相和鈷(co)粘結(jié)金屬相的復(fù)合材料，是代表性彌散合金，其中它們的機(jī)械特性取決于wc硬化相的顆粒直徑和co粘結(jié)金屬相的量，硬度和韌度相對(duì)于彼此特別成反比關(guān)系，用于切削工具的硬質(zhì)合金所需的特性根據(jù)機(jī)加工方法而變化，因而已經(jīng)進(jìn)行了各種嘗試來(lái)控制硬質(zhì)合金的機(jī)械特性。

近年來(lái)，在機(jī)加工市場(chǎng)上，對(duì)較短周期時(shí)間的需求越來(lái)越多，以通過(guò)降低成本來(lái)提高競(jìng)爭(zhēng)力。為了減少周期時(shí)間，由于機(jī)加工條件逐漸地變化到高速、高進(jìn)給條件，因此越來(lái)越需要使相應(yīng)的切削工具的物理特性具有如下特征，即耐磨性和韌度同時(shí)都良好而使得即使在高速、高進(jìn)給條件下也可以執(zhí)行良好機(jī)加工。

因而，對(duì)于涂覆在切削工具上的硬涂層，優(yōu)選包括在高溫時(shí)具有優(yōu)異穩(wěn)定性的α相氧化鋁層的涂層，而對(duì)于形成為氧化鋁層的底層的mt-ticn層，由于傾斜于高硬度的趨勢(shì)而優(yōu)選精細(xì)均勻的柱狀結(jié)構(gòu)。

在切削工具的基材中發(fā)生了非均勻塑性變形的情況下，由于在基材上形成的高硬度膜中容易發(fā)生崩裂，因此在垂直于膜的方向上基材特征需要具有穩(wěn)定性以允許充分展現(xiàn)出高硬度膜的物理特性。

如在專利文獻(xiàn)(韓國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)公告no.2005-0110822)中描述的，在基材的形成有硬膜的表面部分中，不存在構(gòu)成基材的立方碳化物的層(無(wú)立方相層，下文稱為“cfl”)從表面形成至大約10μm到大約40μm的深度，從而吸收機(jī)加工期間產(chǎn)生的沖擊，其中為了使上述膜獲得高硬度，clf需要具有均勻性(微結(jié)構(gòu)依照位置的均勻性、組成依照位置的均勻性)。

然而，在當(dāng)前可商業(yè)獲得的硬質(zhì)合金的clf中，組成差異較大，例如，co的量從基材的表面到基材的內(nèi)部變化高達(dá)大約2倍，而對(duì)于cfl的硬度來(lái)說(shuō)，基材的表面、clf和內(nèi)部之間的硬度差異根據(jù)co的量的較大差異也非常大。

由于組成和硬度根據(jù)cfl的厚度的顯著差異降低了基材的穩(wěn)定性，這可能是導(dǎo)致形成在基材上的高硬度膜的特性下降的原因。因而，近來(lái)，正在進(jìn)行集中于減小cfl厚度的研究開(kāi)發(fā)。

然而，由于cfl基本用于吸收機(jī)加工期間的沖擊，因此當(dāng)clf的厚度顯著減小時(shí)，沖擊的吸收性減小而降低了切削工具的耐沖擊性。結(jié)果，可能降低切削工具的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的是解決在高硬度膜形成期間由于無(wú)立方相層(cfl)引起的限制，其中通過(guò)在基材上形成硬膜來(lái)提供適用于高速進(jìn)給和高速機(jī)加工的切削工具，該基材由含有作為主要成分的碳化鎢(wc)的顆粒、含有作為主要成分的co的粘結(jié)相以及cfl構(gòu)成，其中，基材的表面的鈷(co)含量和cfl的最大co含量之間的差異是最小的。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施非方式，提供了一種切削工具，該切削工具包括含有作為主要成分的碳化鎢(wc)的顆粒、含有作為主要成分的鈷(co)的粘結(jié)相和含有從由組4a、5a和6a元素構(gòu)成的組選擇的至少一組的碳化物或碳氮化物的顆粒，或它們的固溶體；以及形成在所述基材上的硬膜，其中，所述硬膜至少包括氧化鋁層；從所述基材的表面到10μm至50μm的深度形成有無(wú)立方相層(cfl)，在所述無(wú)立方相層中未形成有所述碳化物或碳氮化物；并且所述無(wú)立方相層的表面的co含量為所述無(wú)立方相層的最大co含量的80％以上。

根據(jù)上述構(gòu)成，由于cfl的最大co含量和基材的表面的co含量之間的差為cfl的最大co含量的20％以下，因此降低了cfl的co含量的不均勻性，結(jié)果顯著降低了由于cfl厚度引起的硬度不均勻性。因而，由于即使形成在cfl上的底層和氧化鋁層形成為高硬度膜，基材的表面部分的不均勻性也得以降低，因此即使cfl的厚度不減小也不會(huì)不利地影響高硬度膜的抗剝落性。同時(shí)，由于吸收沖擊的cfl的厚度可以保持相對(duì)較大，也可以維持機(jī)加工期間的抗沖擊性。

有利效果

由于構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的切削工具的基材可以包含無(wú)立方相層(cfl)并且該cfl的表面和內(nèi)部之間的co含量和硬度差較小，因此即使形成相對(duì)較厚的cfl同時(shí)形成高硬度膜，也可以維持機(jī)加工性能。因而，可以提供適合于高速進(jìn)給和高速機(jī)加工的優(yōu)異耐磨性和抗沖擊性。

附圖說(shuō)明

圖1示出了從根據(jù)本發(fā)明的示例2的硬質(zhì)合金基材的表面部分到該基材中的預(yù)定深度測(cè)量的co含量；

圖2示出了從根據(jù)本發(fā)明的示例2的硬質(zhì)合金基材的表面部分到該基材中的預(yù)定深度測(cè)量的硬度；

圖3示出了從根據(jù)比較示例3的用于切削工具的硬質(zhì)合金的基材的表面部分到該基材中的預(yù)定深度測(cè)量的co含量；

圖4示出了從根據(jù)比較示例3的硬質(zhì)合金的基材的表面部分到基材中的預(yù)定深度測(cè)量的硬度；以及

圖5是分別在根據(jù)本發(fā)明的示例2的硬質(zhì)合金基材和根據(jù)比較示例3的硬質(zhì)合金基材上形成硬膜之后經(jīng)受機(jī)加工性能測(cè)試的切削工具的圖像。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)施，并且不應(yīng)該解釋為限于這里闡述的實(shí)施方式。相反，提供這些實(shí)施方式是為了使得該描述徹底、全面，并且該描述將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

在本發(fā)明中，表述“無(wú)立方相層(cfl)”表示富含粘結(jié)并且從由硬質(zhì)合金燒結(jié)體構(gòu)成的基材的表面到預(yù)定深度沒(méi)有立方碳化物相的表面區(qū)域。

此外，表述“基材的內(nèi)部”表示在cfl的外部的區(qū)域中鈷(co)組成變得恒定的部分。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的切削工具包括：基材，該基材包括含有作為主要成分的碳化鎢(wc)的顆粒、含有作為主要成分的鈷(co)的粘結(jié)相和含有從由組4a、5a和6a元素構(gòu)成的組選擇的至少一組的碳化物或碳氮化物的顆粒，或它們的固溶體；以及形成在所述基材上的硬膜，其中，所述硬膜至少包括氧化鋁層；從所述基材的表面到10μm至50μm的深度形成有無(wú)立方相層(cfl),在所述無(wú)立方相層中未形成有所述碳化物或所述碳氮化物；并且所述cfl的表面的co含量為所述cfl的最大co含量的80％以上。

也就是說(shuō)，形成在構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的切削工具的基材的表面部分上的cfl的最大co含量和該cfl的表面的co含量之間的差最大為該cfl的最大co含量的20％以下，其中，由于該cfl的表面的co含量和該cfl的最大co含量之間的較小差顯著降低整個(gè)cfl的不均勻性和硬度差，形成在基材上的高硬度膜的下部分在機(jī)加工期間變得均勻，并且與傳統(tǒng)cfl相比，該cfl可以牢固地支撐高硬度膜。因而可以顯著降低高硬度膜的剝落。因此，由于不僅即使cfl的厚度增加，高硬度膜的剝落也不會(huì)顯著增加，而且在機(jī)加工期間還可以顯著吸收沖擊，所以可以良好地維持抗沖擊性和耐磨性。

該基材的不包括cfl的co含量可以為該cfl的最大co含量的75％以上。因而，通過(guò)減少cfl和除了該cfl的基材之間的co含量的差，可以進(jìn)一步降低形成在基材上的高硬度膜的剝落。

在碳化物或碳氮化物的量小于1.5wt％的情況下，在機(jī)加工期間基材的耐磨性和高溫特性由于基材硬度減小而降低，而在碳化物或碳氮化物的量大于20wt％的情況下，機(jī)加工期間的塑形變形和抗剝落性降低。因而，碳化物或碳氮化物的量可以在1.5wt％到20wt％的范圍內(nèi)。此外，在co的量小于1wt％的情況下，由于韌度下降而容易發(fā)生斷裂，而在co的量大于12wt％的情況下，抗磨性過(guò)低。因而，co的量可以在1wt％到12wt％的范圍內(nèi)。

此外，可以在基材和氧化鋁層之間包含具有單層或多層結(jié)構(gòu)的ticxnyoz層(x+y+z＝1)，并且可以在該ti(c,n,o)層中包含添加元素諸如鋁(al)、鋯(zr)和硼(b)，以改善ti(c,n,o)層的物理特性或ti(c,n,o)層和形成在ti(c,n,o)層上的氧化鋁層之間的粘結(jié)特性。

[示例1]

作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的切削工具的基材，將6wt％的co粉、3wt％的wti碳氮化物粉、2wt％的碳化鈮(nb)粉和作為剩余物的wc粉混合，然后通過(guò)燒結(jié)過(guò)程制造硬質(zhì)合金。

通過(guò)使用如下方法進(jìn)行燒結(jié)過(guò)程：通過(guò)以250℃的低溫?zé)崽幚?小時(shí)來(lái)進(jìn)行脫蠟過(guò)程；以1200℃進(jìn)行初步燒結(jié)1小時(shí)，以1400℃進(jìn)行主燒結(jié)0.5小時(shí)；并且以10℃/分鐘的冷卻速率進(jìn)行冷卻至室溫。

通過(guò)已知的化學(xué)氣相沉積(cvd)方法在所制造的硬質(zhì)合金的基材上順序地堆疊1μm厚的tin層、10μm厚的mt-ticn、5μm厚的α-al2o3層和1μm厚的tin層而形成硬膜。

[示例2]

以與本發(fā)明的示例1中相同的方式制備硬質(zhì)合金基材，但是使用如下方法：在進(jìn)行主燒結(jié)之后，執(zhí)行熔爐冷卻直到溫度達(dá)到1300攝氏度；并且以10℃/分鐘的冷卻速率進(jìn)行冷卻至室溫。

在這種情況下，所形成的cfl的厚度大約為30μm，基材的表面的co含量大約為cfl的最大co含量的大約83％，并且基材的內(nèi)部的co含量為cfl的最大co含量的大約77％。