專利名稱：表面包覆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切削工具(以下，稱為包覆工具)，其硬質(zhì)包覆層由具有優(yōu)異的耐熔敷性和優(yōu)異的粘附力的表面層構(gòu)成，因此尤其在更容易產(chǎn)生剝離或崩刀的高速高進(jìn)給切削條件下進(jìn)行各種Ni類合金或Ti類合金等硬質(zhì)難切削材的切削加工時(shí)，也抑制因發(fā)生熔敷而產(chǎn)生的硬質(zhì)包覆層的剝離，經(jīng)長(zhǎng)期使用而發(fā)揮優(yōu)異的耐剝離性和耐崩刀性。
背景技術(shù)：
包覆工具一般有在各種鋼或鑄鐵等的工件的車削加工或平面銑削加工中裝卸自如地安裝于車刀的前端部上而使用的可轉(zhuǎn)位刀片、使用于所述工件的鉆孔切削加工等的鉆頭或小型鉆頭以及使用于所述工件的面削加工或槽加工、臺(tái)階加工等的實(shí)心式立銑刀等， 并且，已知有裝卸自如地安裝所述可轉(zhuǎn)位刀片且與所述實(shí)心式立銑刀相同地進(jìn)行切削加工的可轉(zhuǎn)位立銑刀工具等。并且，作為包覆工具，已知有在由碳化鎢(以下，用WC表示)基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦(以下，用TiCN表示)基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的表面形成由以下(a) (C)構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層的包覆工具(以下，稱為以往包覆工具)，(a)由具有0.8 5iim的平均層厚且滿足結(jié)構(gòu)式=(TigAlx) N (其中以原子比計(jì)， X表示0.40 0.75)的(Ti，Al)N層構(gòu)成的下部層、(b)由具有0. I 0. 5 ii m的平均層厚的CrN (氮化鉻)層構(gòu)成的粘附接合層、(c)由具有0.8 5pm的平均層厚的CrB2 (硼化鉻)層構(gòu)成的上部層，并且，已知有當(dāng)在伴有高熱發(fā)生的高速切削條件下進(jìn)行Ti類合金或含高Si的Al-Si類合金等硬質(zhì)難切削材的切削加工時(shí)，該以往包覆工具也經(jīng)長(zhǎng)期使用而發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。另外還已知有，所述以往包覆工具通過(guò)如下制造在并設(shè)電弧離子鍍裝置和直流濺射裝置的物理蒸鍍裝置內(nèi)裝入上述工具基體，首先，在由加熱器加熱裝置內(nèi)的狀態(tài)下，在裝置內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)怏w作為反應(yīng)氣體，在電弧離子鍍裝置的陽(yáng)極電極與設(shè)置具有規(guī)定組成的 Ti-Al合金的陰極電極(蒸發(fā)源)之間發(fā)生電弧放電，從而成膜由所述(a)的(Ti，Al)N層構(gòu)成的下部層，接著，使直流濺射裝置的裝置內(nèi)氣氛成為氮?dú)夥盏臓顟B(tài)下開始作為陰極電極(蒸發(fā)源)配置的金屬Cr的濺射，由此成膜CrN層作為所述(b)的粘附接合層，接著，將裝置內(nèi)的氣氛設(shè)為Ar氣氛以規(guī)定時(shí)間進(jìn)行CrB2燒結(jié)體的濺射，由此重疊于所述CrN層上而成膜由所述(c)的CrB2層構(gòu)成的上部層。并且，作為成膜硬質(zhì)包覆層的手段，不僅有利用電弧離子鍍和直流濺射的成膜，而且還提出有利用高輸出脈沖濺射的成膜，例如，如專利文獻(xiàn)2、3所示，還已知有通過(guò)在脈沖瞬間外加電力設(shè)為200W/cm2以上、脈沖的一個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度設(shè)為IOOy sec以下的條件下進(jìn)行高輸出脈沖濺射，從而能夠以高成膜速度成膜(Al，M)203 (其中，M為Mg、Zn、Mn、Fe等)或 ct -Al2O3O專利文獻(xiàn)I :日本專利公開2006-159340號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :國(guó)際公開第2008/148673號(hào)CN 102528105 A專利文獻(xiàn)3 :國(guó)際公開第2009/010330號(hào)近年來(lái)的切削加工裝置的高性能化及自動(dòng)化顯著，另一方面對(duì)切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化以及低成本化要求強(qiáng)烈，伴隨此，有切削加工高速化并且強(qiáng)烈要求不限定于工件的種類的具有通用性的包覆工具的傾向，但是所述以往包覆工具中，現(xiàn)狀如下當(dāng)在伴有高熱發(fā)生的高速切削條件下進(jìn)行Ti類合金或含高Si的Al-Si類合金等硬質(zhì)難切削材的切削加工時(shí)，發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性，但是當(dāng)在高速高進(jìn)給切削條件下進(jìn)行各種Ni類合金或Ti 類合金等硬質(zhì)難切削材的切削加工時(shí)，由于因切削時(shí)發(fā)生的極高的發(fā)熱而容易發(fā)生熔敷， 因此引起硬質(zhì)包覆層的剝離，在比較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到使用壽命。因此，本發(fā)明人等從如前述的觀點(diǎn)考慮，為了開發(fā)在所述硬質(zhì)難切削材的高速高進(jìn)給切削加工中硬質(zhì)層發(fā)揮優(yōu)異的耐熔敷性和耐剝離性的包覆工具，進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到了如下見解。首先，查明了如下內(nèi)容以往包覆工具(專利文獻(xiàn)I)中，以直流濺射成膜CrB2層， 當(dāng)將此包覆工具使用于Ti類合金或含高Si的Al-Si類合金等硬質(zhì)難切削材等的高速切削加工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生特別的問(wèn)題，但是將此包覆工具使用于尤其在高速高進(jìn)給切削條件下進(jìn)行各種Ni類合金或Ti類合金等硬質(zhì)難切削材的切削加工時(shí)，由于表面組織緊密，因此與工件的接觸面積較大，因極高的發(fā)熱而產(chǎn)生熔敷，并且CrB2層的晶粒間的結(jié)合也較弱，因此引起因其熔敷而產(chǎn)生的硬質(zhì)包覆層的剝離。因此，本發(fā)明人等著眼于不易引起熔敷的發(fā)生且晶粒間結(jié)合強(qiáng)度較高的CrB2層組織進(jìn)行研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了如下內(nèi)容當(dāng)成膜CrB2層時(shí)，不采用專利文獻(xiàn)I所示的直流濺射，而是通過(guò)采用特定條件的高輸出脈沖濺射，即使在各種Ni類合金或Ti類合金等硬質(zhì)難切削材的高速高進(jìn)給切削條件下的切削加工中，因?yàn)橛捎诒砻娼M織疏松而與工件的接觸面積較小，因此也不易發(fā)熱，熔敷也不易產(chǎn)生，除此之外因?yàn)镃rB2層的晶粒間結(jié)合強(qiáng)度較強(qiáng)， 所以能夠成膜不易產(chǎn)生硬質(zhì)包覆層的剝離的CrB2層。具體而言，圖I示出高輸出脈沖濺射裝置的概要俯視圖，但是發(fā)現(xiàn)如果在高輸出脈沖濺射裝置上配置Cr硼化物(以下，用CrB2表示)粉末的燒結(jié)體(以下，稱為CrB2燒結(jié)體)祀，使裝置內(nèi)氣氛成為Ar氣氛，用6kW以上的較高平均投入電力進(jìn)行高輸出脈沖濺射， 并在工具基體的表面蒸鍍成膜CrB2層，則由于不易產(chǎn)生熔敷，所以可以成膜具有優(yōu)異的耐熔敷性以及晶粒間結(jié)合強(qiáng)度較強(qiáng)、膜硬度較高(例如，以200mg荷載測(cè)定時(shí)的納米壓痕硬度為 3800kgf/mm2 以上)的 CrB2 層。由此，發(fā)現(xiàn)該結(jié)果的包覆工具尤其在伴有顯著的高熱發(fā)生的各種Ni類合金或Ti 類合金等硬質(zhì)難切削材的高速高進(jìn)給切削中，通過(guò)由具有優(yōu)異的耐熔敷性、晶粒間結(jié)合強(qiáng)度及硬度的CrB2層構(gòu)成的表面層，可以抑制尤其以熔敷為起因的硬質(zhì)包覆層的剝離，從而經(jīng)長(zhǎng)期使用而發(fā)揮優(yōu)異的耐剝離性和耐磨性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于所述見解而完成的，其具有如下特征一種表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的最表面至少包覆具有0. 5 5 y m平均層厚的Cr硼化物層而成，所述Cr硼化物層作為具有多個(gè)平均粒徑的晶粒組織的復(fù)合組織構(gòu)成，該復(fù)合組織包括平均粒徑為30 70nm的二次晶粒和平均粒徑為100 600nm的三次晶粒，該二次晶粒由具有5 15nm平均粒徑的一次晶粒的集合體構(gòu)成，該三次晶粒由該二次晶粒的集合體構(gòu)成。接著，對(duì)本發(fā)明的包覆工具進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。硬質(zhì)包覆層的平均層厚在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的最表面形成的 Cr硼化物層，當(dāng)其平均層厚小于0. 5 y m時(shí)，無(wú)法充分地經(jīng)長(zhǎng)期使用而發(fā)揮本身所具有的優(yōu)異的耐磨性，另一方面，若其平均層厚超過(guò)5 u m,則能夠抑制Ni類合金或Ti類合金等硬質(zhì)難切削材的高速高進(jìn)給切削中以熔敷為起因的剝離，但是由于以高輸出脈沖濺射所具有的向皮膜的高打入(打6込々)效果為起因的較大的壓縮殘余應(yīng)力，容易在切削刃部上發(fā)生崩刀，因此將其平均層厚規(guī)定為0. 5 5 ii m。復(fù)合組織的效果及晶粒的平均粒徑該復(fù)合組織的效果在于，由于形成晶粒的集合體，因此不用說(shuō)該一次晶粒彼此的結(jié)合力，還能夠利用該二次晶粒彼此的結(jié)合力。構(gòu)成該復(fù)合組織的一次晶粒的平均粒徑很難形成具有小于5nm的晶粒的被膜，另一方面，若其平均粒徑超過(guò)15nm，則因?yàn)樽璧K位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的晶界減少，所以無(wú)法維持較高硬度。并且，若由該一次晶粒的集合體構(gòu)成的二次晶粒的平均粒徑小于30nm，則構(gòu)成用于得到復(fù)合組織的優(yōu)點(diǎn)、即晶粒彼此的較強(qiáng)結(jié)合力的二次晶粒的一次晶粒的個(gè)數(shù)不是很充足，若超過(guò)70nm，則構(gòu)成三次晶粒的二次晶粒的個(gè)數(shù)不是很充足。另外，若由該二次晶粒的集合體構(gòu)成的三次晶粒的平均粒徑小于lOOnm，則因?yàn)榍邢鲿r(shí)與工件接觸的面積變大，所以容易引起熔敷，導(dǎo)致連該復(fù)合組織一起剝離，另一方面，若超過(guò)600nm,則無(wú)法耐于切削時(shí)的負(fù)載。以下對(duì)本發(fā)明的包覆工具的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖I將高輸出脈沖濺射裝置作為用于制造本發(fā)明的包覆工具的裝置的一例示出。S卩，本發(fā)明的包覆工具可以通過(guò)如下方法制造在圖I所示的高輸出脈沖濺射裝置中，在該高輸出脈沖濺射裝置的中央部設(shè)置工具基體安裝用旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在夾著旋轉(zhuǎn)臺(tái)而對(duì)置的2個(gè)部位配置CrB2粉末的燒結(jié)體(CrB2燒結(jié)體)靶，在從所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的中心軸向半徑方向遠(yuǎn)離規(guī)定距離的位置，沿著外周部將多個(gè)工具基體安裝成環(huán)狀，在該狀態(tài)下將裝置內(nèi)氣氛設(shè)為Ar氣氛并旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)，并且以謀求蒸鍍形成的耐磨硬質(zhì)層的層厚均勻化的目的還使工具基體本身自轉(zhuǎn)的同時(shí)，利用6kW以上的較高平均投入電力對(duì)CrB2燒結(jié)體靶進(jìn)行高輸出脈沖濺射，以0. 5 5 y m的平均層厚蒸鍍成膜CrB2層。并且，將作為耐磨層的(Ti，A1)N層作為該CrB2層的底層進(jìn)行包覆也有效。例如，這時(shí)的制造方法如下在夾著所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)而對(duì)置的2個(gè)部位配置具有規(guī)定組成的Ti-Al合金靶，并且在與Ti-Al合金靶偏離90度的位置，在夾著旋轉(zhuǎn)臺(tái)而對(duì)置的2 個(gè)部位配置CrB2粉末的燒結(jié)體(CrB2燒結(jié)體)靶。并且，將裝置內(nèi)氣氛設(shè)為氮?dú)夥詹⑿D(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)，并且以謀求蒸鍍形成的耐磨硬質(zhì)層的層厚均勻化的目的還使工具基體本身自轉(zhuǎn)的同時(shí)，利用6kW以上的較高的平均投入電力對(duì)Ti-Al合金靶進(jìn)行高輸出脈沖濺射，在所述工具基體的表面以0. 5 0. Sym的平均層厚蒸鍍成膜(Ti，Al)N層作為耐磨硬質(zhì)層，接著，將裝置內(nèi)的氣氛實(shí)質(zhì)性地改為Ar氣氛來(lái)蒸鍍成膜該CrB2層。尤其是，即使不像以往包覆工具那樣介入粘附接合層(CrN層)，通過(guò)所述特定條件下的高輸出脈沖濺射成膜的CrB2層也相對(duì)于(Ti，A1)N層具有優(yōu)異的粘附強(qiáng)度，進(jìn)而提
高膜硬度。另外，所述高輸出脈沖濺射中，作為其濺射條件，優(yōu)選使外加脈沖時(shí)的產(chǎn)生等離子體密度成為1018m_3以上，并且，優(yōu)選在脈沖的一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度為200 y sec以上且每一周期的脈沖的非外加時(shí)間成為IOy sec以上的濺射條件下進(jìn)行濺射。在根據(jù)提高能級(jí)的矩形脈沖的所述高輸出脈沖濺射中，因?yàn)槟軌驕p少相對(duì)于靶的熱負(fù)載，所以能夠抑制靶的沒(méi)必要的溫度上升。并且，通過(guò)所述高輸出脈沖濺射成膜的(Ti，Al)N層和CrB2層的粘附強(qiáng)度均較大， 并具有聞?dòng)捕?。本發(fā)明的包覆工具為如下工具作為硬質(zhì)包覆層具有與工件的接觸面積變小的疏松的表面組織并且為晶粒之間的結(jié)合強(qiáng)度較強(qiáng)的晶粒組織的復(fù)合組織，并且由具有高硬度的CrB2層構(gòu)成，因此當(dāng)進(jìn)行硬質(zhì)難切削材的伴有高熱發(fā)生的高速高進(jìn)給切削條件加工時(shí)， 能夠抑制以熔敷為起因的硬質(zhì)包覆層的剝離，經(jīng)長(zhǎng)期使用而發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。


圖I是用于成膜本發(fā)明包覆工具的表面包覆層的高輸出脈沖濺射裝置的概要俯視圖。圖2表示本發(fā)明包覆刀片9的Cr硼化物層的水平截面的掃描型電子顯微鏡照片 (倍率10萬(wàn)倍)。圖3表示以往包覆刀片9的Cr硼化物層的水平截面的掃描型電子顯微鏡照片(倍率10萬(wàn)倍)。圖4表示本發(fā)明包覆刀片的由復(fù)合組織構(gòu)成的Cr硼化物層的水平截面示意圖。
具體實(shí)施例方式接著，根據(jù)實(shí)施例對(duì)基于本發(fā)明的包覆工具及其制造方法進(jìn)行具體說(shuō)明。[實(shí)施例I]準(zhǔn)備均具有I 3 ii m平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、 NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、TaN粉末及Co粉末作為原料粉末，將這些原料粉末配合成表I所示的配合組成，用球磨機(jī)濕式混合72小時(shí)，干燥后，以IOOMPa的壓力沖壓成型為壓坯，將該壓坯在6Pa的真空中，在以溫度1400°C保持I小時(shí)的條件下燒結(jié)，燒結(jié)后，在切削刃部分實(shí)施R :0. 03的刃口修磨加工，形成具有ISO標(biāo)準(zhǔn) CNMG120408的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制工具基體A-I A-IO。并且，準(zhǔn)備均具有0. 5 2iim平均粒徑的TiCN(以重量比計(jì)為TiC/TiN = 50/50) 粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末作為原料粉末，將這些原料粉末配合成表2所示的配合組成，用球磨機(jī)濕式混合24小時(shí)，干燥后，以 IOOMPa的壓力沖壓成型為壓坯，將該壓坯在2kPa的氮?dú)夥罩?，在以溫?500°C保持I小時(shí)的條件下燒結(jié)，燒結(jié)后，在切削刃部分實(shí)施R :0. 03的刃口修磨加工，形成具有ISO標(biāo)準(zhǔn) CNMG120408的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制工具基體B-I B-6。(a)接著，將各個(gè)所述工具基體A-I A-8在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，在圖I所示的高輸出脈沖濺射裝置內(nèi)的從旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的中心軸向半徑方向遠(yuǎn)離規(guī)定距離的位置沿著外周部進(jìn)行安裝，另一方面，在高輸出脈沖濺射裝置內(nèi)，在夾著旋轉(zhuǎn)臺(tái)而對(duì)置的4個(gè)部位配置CrB2燒結(jié)體靶，(b)首先，對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行排氣并保持為0. IPa以下的真空的同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱至400°C后，對(duì)在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上邊自轉(zhuǎn)邊旋轉(zhuǎn)的工具基體外加-200V的直流偏壓，從而對(duì)所述工具基體進(jìn)行I小時(shí)Ar轟擊處理，(c)向裝置內(nèi)導(dǎo)入Ar氣體作為反應(yīng)氣體，并將裝置內(nèi)氣氛設(shè)為0. 5Pa，并且在表3 所示的規(guī)定脈沖濺射條件下，在與層厚對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行濺射，同樣地將表4所示的目標(biāo)層厚的CrB2層作為硬質(zhì)包覆層的表面層成膜，從而分別制造出作為本發(fā)明包覆工具的本發(fā)明表面包覆刀片(以下，稱為本發(fā)明包覆刀片)1 8。(d)并且，將各個(gè)所述工具基體A-9 A-IO及B-I B-6在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，在圖I所示的高輸出脈沖濺射裝置內(nèi)的從旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的中心軸向半徑方向遠(yuǎn)離規(guī)定距離的位置沿著外周部進(jìn)行安裝，另一方面，在高輸出脈沖濺射裝置內(nèi)，在夾著旋轉(zhuǎn)臺(tái)而對(duì)置的4個(gè)部位配置規(guī)定組成的Ti-Al合金靶和CrB2燒結(jié)體靶，(e)首先，對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行排氣并保持為0. IPa以下的真空的同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱至400°C后，對(duì)在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上邊自轉(zhuǎn)邊旋轉(zhuǎn)的工具基體外加-200V的直流偏壓， 從而對(duì)所述工具基體進(jìn)行I小時(shí)Ar轟擊處理，向裝置內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)怏w作為反應(yīng)氣體并設(shè)為
0.6Pa的反應(yīng)氣氛，并且在表3的條件記號(hào)a所示的規(guī)定脈沖濺射條件下對(duì)所述Ti-Al合金靶進(jìn)行高輸出脈沖濺射，從而在所述工具基體的表面將表4所示的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的 (Ti，A1)N層作為硬質(zhì)包覆層的耐磨硬質(zhì)層成膜，(f)在表3所示的規(guī)定的脈沖濺射條件下，對(duì)CrB2燒結(jié)體靶進(jìn)行高輸出脈沖濺射， 將導(dǎo)入裝置內(nèi)的氣體從氮?dú)怏w切換成Ar氣體，并且將裝置內(nèi)氣氛設(shè)為0. 5Pa，在該條件下以與層厚對(duì)應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行濺射，同樣地將表4所示的目標(biāo)層厚的CrB2層作為硬質(zhì)包覆層的表面層成膜，從而制造出作為底層導(dǎo)入(Ti，A1)N層的本發(fā)明包覆刀片9 16。并且，作為比較的目的，將這些工具基體A-I A-IO及B-I B-6在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，在干燥的狀態(tài)下，分別裝入并設(shè)電弧離子鍍裝置和直流濺射裝置的物理蒸鍍裝置內(nèi)，在裝置內(nèi)安裝具有各種成分組成的Ti-Al合金靶、金屬Cr靶及CrB2燒結(jié)體靶，首先，對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行排氣并保持為0. IPa以下的真空的同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱至400°C后，對(duì)在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上邊自轉(zhuǎn)邊旋轉(zhuǎn)的工具基體外加-200V的直流偏壓，從而對(duì)所述工具基體進(jìn)行I小時(shí)Ar轟擊處理，向裝置內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)怏w作為反應(yīng)氣體并設(shè)為0. 6Pa的反應(yīng)氣氛，并且用加熱器將裝置內(nèi)加熱至500°C后，在所述Ti-Al合金靶與陽(yáng)極電極之間產(chǎn)生電弧放電，在所述工具基體的表面將作為下部層的表6所示的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的(Ti， A1)N層作為硬質(zhì)包覆層的耐磨硬質(zhì)層成膜。接著，停止所述Ti-Al合金的陰極電極(蒸發(fā)源)與陽(yáng)極電極之間的電弧放電，開始作為所述直流濺射裝置的陰極電極(蒸發(fā)源)配置的金屬Cr的直流濺射，將目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的CrN層作為硬質(zhì)包覆層的粘附接合層成膜。并且，停止金屬Cr的陰極電極(蒸發(fā)源)與陽(yáng)極電極之間的電弧放電，將所述直流濺射裝置內(nèi)的氣氛設(shè)為Ar氣氛，開始作為所述直流濺射裝置的陰極電極(蒸發(fā)源)配置的 CrB2燒結(jié)體的直流濺射，從而在表5所示的規(guī)定直流濺射條件下，蒸鍍表6所示的平均層厚的CrB2層作為上部層重疊于所述CrN層，由此分別制造出作為以往包覆工具的以往表面包覆刀片(以下，稱為以往包覆刀片)1 16。另外，為了參考，用與圖I所示的制造本發(fā)明包覆刀片I 16的裝置相同的裝置， 在與本發(fā)明包覆刀片I 16不同的組成、膜厚、濺射條件下成膜，由此分別制造出表6所示的作為參考包覆工具的參考表面包覆刀片(以下，稱為參考包覆刀片)I 4。通過(guò)掃描型電子顯微鏡(Carl zeiss公司制造，ultra55),以10萬(wàn)倍的視野對(duì)所述本發(fā)明包覆刀片I 16、以往包覆刀片I 16及參考包覆刀片I 4的CrB2層觀察其晶粒組織，將其結(jié)果假設(shè)成平面，將該晶粒的面積作為顆粒截面的面積計(jì)算。另外，對(duì)于一次晶粒、二次晶粒及三次晶粒的平均粒徑，測(cè)定10處以該晶粒的顆粒截面面積作為圓的面積計(jì)算時(shí)的直徑，并取其平均值。表4、表6中不出其測(cè)定值。并且，圖2中表示本發(fā)明包覆刀片9的CrB2層的水平截面的掃描型電子顯微鏡照片(倍率10萬(wàn)倍)，圖3中表示以往包覆刀片9的CrB2層的水平截面的掃描型電子顯微鏡照片(倍率10萬(wàn)倍)，圖4中表示本發(fā)明包覆刀片的由復(fù)合組織組成的Cr硼化物層的水平截面示意圖。通過(guò)超顯微壓痕硬度試驗(yàn)機(jī)(ELIONIX INC.公司制造，ENT_1100a)對(duì)所述本發(fā)明包覆刀片I 16、以往包覆刀片I 16及參考包覆刀片I 4的CrB2層測(cè)定其表面硬度。表4、表6中不出其測(cè)定值。并且，通過(guò)使用透射型電子顯微鏡的能量分散X射線分析法測(cè)定所述本發(fā)明包覆刀片I 16、以往包覆刀片I 16及參考包覆刀片I 4的構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的耐磨硬質(zhì)層的組成，結(jié)果分別示出實(shí)際上與目標(biāo)組成相同的組成。另外，使用掃描型電子顯微鏡對(duì)所述硬質(zhì)包覆層的CrB2層及耐磨硬質(zhì)層的平均層厚進(jìn)行截面測(cè)定，均示出實(shí)際上與目標(biāo)層厚相同的平均值(5個(gè)部位的平均值)。接著，在將所述各種包覆刀片均用固定夾具緊固于工具鋼制車刀的前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆刀片I 16、以往包覆刀片I 16及參考包覆刀片I 4，進(jìn)行如下試驗(yàn)， 即工件以質(zhì)量％計(jì)為Ti-6% Al-4% V合金的圓棒、切削速度100m/min.、切深量1.5mm、進(jìn)給速度0.4mm/rev.、切削時(shí)間5分鐘的條件(稱為切削條件A)下的Ti類合金的干式高速高進(jìn)給切削加工試驗(yàn)(通常的切削速度為50m/min.,切削進(jìn)給速度為0. 2mm/rev.),測(cè)定切削刃的后刀面磨損寬度。該測(cè)定結(jié)果示于表7中。[表 I]
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權(quán)利要求
1.一種表面包覆切削工具，其特征在于，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的最表面至少包覆具有平均層厚為0. 5 5 i! m的Cr硼化物層而成， 所述Cr硼化物層作為具有多個(gè)平均粒徑的晶粒組織的復(fù)合組織構(gòu)成，該復(fù)合組織包括平均粒徑為30 70nm的二次晶粒和平均粒徑為100 600nm的三次晶粒，該二次晶粒由具有5 15nm平均粒徑的一次晶粒的集合體構(gòu)成，該三次晶粒由該二次晶粒的集合體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在硬質(zhì)難切削材的高速高進(jìn)給切削加工中硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐剝離性和優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆切削工具。本發(fā)明的切削工具在由碳化鎢基硬質(zhì)合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構(gòu)成的工具基體的最表面至少包覆具有平均層厚為0.5～5μm的Cr硼化物層而成，其中，所述Cr硼化物層作為具有多個(gè)平均粒徑的晶粒組織的復(fù)合組織構(gòu)成，該復(fù)合組織包括平均粒徑為30～70nm的二次晶粒和平均粒徑為100～600nm的三次晶粒，該二次晶粒由具有5～15nm平均粒徑的一次晶粒的集合體構(gòu)成，該三次晶粒由該二次晶粒的集合體構(gòu)成。
文檔編號(hào)B23B51/02GK102528105SQ201110375789
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者柿沼宏彰, 田中裕介 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社