[go: up one dir, main page]

CN111886097B - 切削刀片和具备它的切削刀具 - Google Patents

切削刀片和具备它的切削刀具 Download PDF

Info

Publication number
CN111886097B
CN111886097B CN201980020490.2A CN201980020490A CN111886097B CN 111886097 B CN111886097 B CN 111886097B CN 201980020490 A CN201980020490 A CN 201980020490A CN 111886097 B CN111886097 B CN 111886097B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
cutting insert
substrate
compound
cutting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980020490.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111886097A (zh
Inventor
田中绫乃
野见山凉马
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Publication of CN111886097A publication Critical patent/CN111886097A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111886097B publication Critical patent/CN111886097B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/403Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/005Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/04Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbonitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36Carbonitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/241Chemical after-treatment on the surface
    • B22F2003/242Coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明的切削刀片具备:基体、和被覆该基体的表面的涂层。所述基体含有:含有含Ti的碳氮化物的硬质相;和含有Co的粘结相。含有Co、C和W,且at%的含量满足Co>C>W的关系的第一化合物,位于所述基体与所述涂层之间。另外,本发明的切削刀具具备:从第一端朝向第二端延伸,在所述第一端侧具有卡槽的刀柄;和位于所述卡槽的上述的切削刀片。

Description

切削刀片和具备它的切削刀具
技术领域
本发明涉及在切削加工中使用的切削刀片和具备它的切削刀具。
背景技术
现在,作为切削刀具、耐磨损性构件和润滑构件等需要耐磨损性、润滑性和抗崩刃性的构件的基体,广泛使用以钛(Ti)为主成分的金属陶瓷。
例如,在专利文献1中公开有一种表面涂覆碳氮化钛基金属陶瓷制切削刀具,其含有以钴(Co)和镍(Ni)为主体的粘结相成分,在表面部形成由金属粘结相构成成分构成的溶出合金相,再在其上设置具有防扩散作用的TiN层,从而抑制了缺损和崩刃的发生。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5989930号
发明内容
本发明的切削刀片具备:基体、和被覆该基体的表面的涂层。所述基体具有:含有含Ti的碳氮化物的硬质相;和含有Co的粘结相。含有Co、C和W,且at%的含量满足Co>C>W的关系的第一化合物位于所述基体与所述涂层之间。另外,本发明的切削刀具具备:从第一端朝向第二端延伸,在所述第一端侧具有卡槽的刀柄;和位于所述卡槽的上述的切削刀片。
附图说明
图1是表示本发明的切削刀片的一例的立体图。
图2是表示本发明的切削刀片的表面附近的剖面的放大概要图。
图3是表示本发明的切削刀片的其他方式的表面附近的剖面的放大概要图。
图4是表示本发明的切削刀片的其他方式的表面附近的剖面的放大概要图。
图5是表示本发明的切削刀片的其他方式的表面附近的剖面的放大概要图。
图6是表示本发明的切削刀片的其他方式的表面附近的剖面的放大概要图。
图7是表示本发明的切削刀片的其他方式的表面附近的剖面的放大概要图。
图8是表示本发明的切削刀片的其他方式的表面附近的剖面的放大概要图。
图9是表示本发明的切削刀具的一例的俯视图。
具体实施方式
<切削刀片>
以下,对于本发明的切削刀片,使用附图详细说明。但是,以下参照的各图,为了便于说明,只将实施方式在说明上必要的主要构件简略化表示。因此,本发明的切削刀片,能够具备所参照的各图中未展示的任意的结构构件。另外,各图中的构件的尺寸,并非忠实表达实际的结构构件的尺寸和各构件的尺寸比率等。这些方面在后述的切削刀具中也同样。
本发明的切削刀片1,如图1、2所示,具有基体3。本发明的切削刀片1具备覆盖基体3的至少一部分的涂层5。
本发明的切削刀片1的形状,例如,是四边形板状,图1中的上表面是所谓的前刀面。另外,与上表面相反具有下表面,在上表面与下表面之间具有分别与之相连的侧面。侧面至少一部分是所谓的后刀面。
本发明的切削刀片1,具有位于上表面与侧面相交的棱线的至少一部分上的刃口7。换言之,就是具有位于前刀面与后刀面相交的棱线的至少一部分上的刃口7。
在切削刀片1中,可以是前刀面的外周的整体成为刃口7,但切削刀片1不受这样的构成限定,例如,也可以只在四边形的前刀面的一边具有刃口7,或者部分性地具有刃口7。
切削刀片1的大小没有特别限定,例如,前刀面的一边的长度可设定为3~20mm左右。另外,切削刀片1的厚度,例如可设定为1~20mm左右。
本发明的切削刀片1的基体3包含金属陶瓷,所述金属陶瓷含有:含有含Ti的碳氮化物的硬质相;和含有Co的粘结相。金属陶瓷,是所谓的TiCN基金属陶瓷。具体来说,作为金属陶瓷,除了TiCN以外,还可列举含有TiC或TiN等的。
另外,本发明的切削刀片1,如图2所示,在基体3之上具有涂层5。因为切削刀片1像这样具有涂层5,所以切削刀片1的耐磨损性高。
涂层5可以通过CVD法或PVD法形成。涂层5从靠近基体3的一侧起,例如,按顺序配置:含有多个TiN粒子的第一层5a;含有多个TiCN粒子的第二层5b;含有多个Al2O3粒子的第三层5c。
本发明的切削刀片1中,含有C、Co和W,且at%的含量满足Co>C>W的关系的第一化合物21位于基体3与涂层5之间。
具有这样构成的本发明的切削刀片1,具有优异的耐磨损性和抗崩刃性。
第一化合物21,也可以含有以总和计为90at%以上的Co、C和W,含有Co为69~89at%,C为8~25at%,W为3~12at%。
如图2所示,第一化合物21可以覆盖基体3的一部分。第一化合物21,在涂层5存在的部分,可以覆盖基体3的80%以上。另外,如图3所示第一化合物21,在涂层5存在的部分,可以覆盖全部基体3。
如图4所示,除了第一化合物21以外,含有C、Co和W,且at%的含量满足C>Co>W的关系的第二化合物23可以位于基体3与涂层5之间。
第二化合物23,可以含有以总和计为90at%以上的C、Co和W,含有C为60~75at%,Co为18~30at%,W为2~10at%。
另外,如图5所示,在剖视中,第一化合物21也可以包围第二化合物23。
另外,如图6所示,除了第一化合物21以外,含有C、Ti和W,且at%的含量满足C>Ti>W的关系的第三化合物25可以位于基体3与涂层5之间。
如图7所示,第三化合物25,在剖视中,也可以位于第一化合物21与涂层5之间。
如图8所示,第一化合物21、第二化合物23和第三化合物25,也可以位于基体3与涂层5之间。
第三化合物25,可以含有以总和计为80at%以上的C、Ti和W,含有C为58~80at%,Ti为7~25at%,W为1~15at%。
具有以上说明的第一化合物21的本发明的切削刀片1,耐磨损性和抗崩刃性优异。
另外,基体也可以含有Co0.93W0.07。由此,会成为耐磨损性、耐缺损性优异的切削刀片1。还有,Co0.93W0.07是由JCPDS卡的PDF:01-071-7509表示的结晶。
本发明的切削刀片1,在基于X射线衍射的结晶相分析中,总结晶中所占的所述Co0.93W0.07的比例可以为5~10。另外,也可以为8~10。若像这样Co0.93W0.07的含量多,则基体3的耐磨损性、耐缺损性高。
上述的Co0.93W0.07的比例,是通过使用了X射线装置:PANalytical社制X’Pert Pro2θ:10~100、分析软件RIETAN-FP的Rietveld法,计算出检测到的全部的结晶的比例中所占的Co0.93W0.07的比例。
另外,本发明的切削刀片1,可以使粘结相的总量中所占的Co的含量为99.0质量%以上。另外,也可以进一步为99.5质量%以上。作为粘结相,除Co以外,还能够含有Fe、Ni等。粘结相含Co、Fe、Ni时,该Co的含量(质量%),是测量切削刀片中所含的Co、Fe、Ni的质量,用Co的质量除以三者总量乘100倍的数值。换言之,就是本发明的切削刀片1中所含的粘结相中的Fe和Ni的总量可以低于1质量%。若像这样作为粘结相发挥功能的金属大体上只有Co,则容易得到Co0.93W0.07在基体3中适度分散,耐磨损性、耐缺损性高的基体3。粘结相只有Co时,例如,作为硬质相的原料粉末,平均粒径为1μm以下,也可以进一步为0.6μm以下。还有,基体3中所占的Co的含量,也可以为16质量%以上。
另外,作为粘结相,含Fe和Ni时,硬质相与粘结相的润湿性提高。
另外,第一层5a,在与基体3的表面垂直的截面中,可以使TiN粒子的与基体3的表面平行的方向的宽度(以下,也称为TiN粒子的宽度)为25nm以下。若具有这样的构成,则第一层5a与基体3的密接性优异。另外,第一层5a与第一化合物21,第一层5a与第二化合物23,第一层5a与第三化合物25的密接性优异。另外,涂层5耐磨损性优异。
还有,TiN粒子的宽度的测量,可以在距基体3的表面0.05μm的位置进行测量。另外,基体3被第一化合物21覆盖时,可以在距第一化合物21的表面0.05μm的位置进行测量。第一层5a的厚度为0.05μm以下时,可以在第一层5a的厚度的一半的位置测量TiN粒子的宽度。
TiN粒子的宽度,是在上述的位置测量的20个TiN粒子的宽度的平均值。
另外,与基体3的表面垂直的截面中,与基体3的表面垂直的方向的TiN粒子的高度相对于与基体的表面平行的方向的TiN粒子的宽度之比(以下,也称为高宽比),可以在1.0~1.7的范围。若具有这样的构成,则第一层5a与基体3的密接力优异。
还有,TiN粒子的高宽比,可以对于从基体3的表面起至0.05μm的位置上存在的TiN粒子进行测量。高宽比是20个TiN粒子的平均值。
另外,第一层5a的厚度可以为0.1~1.0μm。若第一层5a的厚度为0.1μm以上,则抑制基体3中包含的粘结相成分向被膜扩散,抗崩刃性优异。若第一层5a的厚度在1.0μm以下,则上层的第二层5b变得微细,耐磨损性优异。特别是第一层5a的厚度可以为0.3~0.7μm。
若第一层5a的厚度为0.1μm以上,则抑制基体3中包含的粘结相成分向被膜扩散,抗崩刃性优异。若第一层5a的厚度为1.0μm以下,则上层的第二层5b中包含的TiCN粒子变得微细,耐磨损性优异。
在图2所示的例子中,切削刀片1在基体3之上具有第一层5a。另外,在第一层5a之上具有第二层5b。第二层5b中包含作为TiCN结晶的TiCN粒子。TiCN结晶的热膨胀系数为8×10-6/℃左右,若使基体3的热膨胀系数为9.0×10-6/℃以上,则第二层5b的热膨胀系数小于基体3的热膨胀系数。第二层5b处于基体3与第三层5c之间,抑制第三层5c剥落,并且抑制磨料磨损。
第三层5c中包含作为Al2O3结晶的Al2O3粒子。Al2O3结晶的热膨胀系数为7.2×10-6/℃左右,比基体3和第二层5b的热膨胀系数小。基体3和第二层5b可以直接接触,例如,也可以像图2的例那样,第一层5a位置于两者之间。该第一层5a,不需要只由纯粹的TiN粒子构成,例如,也可以含有O和C。另外,第二层5b和第三层5c可以直接接触,例如,也可以有TiN层(未图示)位于在两者之间。
在具有这样的构成的切削刀片1中,通过调整基体3的热膨胀系数与第三层5c的厚度,能够对于第二层5b和第三层5c施加适度的压缩应力。例如,第三层5c的厚度为2μm以上。
于是,可以使施加于第二层5b的压缩应力为250~500MPa,施加于第三层5c的压缩应力为450MPa以上,使施加于第三层5c的压缩应力比施加于第二层5b的压缩应力的值大。若具有这样的构成,则切削刀片1其耐磨损性和耐久性优异。
还有,施加于第二层5b和第三层5c的压缩应力,例如,可以基于使用了2D法的测量进行判断。具体来说,就是将后刀面的距刃口7离开1mm以上的部分作为测量位置,测量X射线衍射峰。关于由测量结果特定的晶体结构,能够通过确认测量结果中的2θ的值,相对于作为JCPDS卡所记述的标准的2θ的值如何偏离而求得。
在此,残余应力是负值时,残余应力是压缩应力。表示压缩应力的值时,不带负号,而是以绝对值表现。
若基体3的热膨胀系数大,则施加于第二层5b和第三层5c的压缩应力的值处于变大的倾向。
若比较构成涂层5的第二层5b和第三层5c,则第三层5c处于远离基体3的位置。因此,使用具有这样构成的切削刀片1加工被加工物时,第三层5c将先于第二层5b与被加工物接触。第三层5c含有Al2O3粒子,在具有2μm以上的厚度时,耐磨损性、耐氧化性高。另外,第三层5c的厚度可以为2.5μm以上且8.0μm以下。具有这样的构成的切削刀片1,耐磨损性和耐氧化性更优异。
若考虑第二层5b和第三层5c的功能,则第二层5b的厚度与第三层5c的厚度之和,也可以为7μm以上且18μm以下。另外,也可以为8μm以上且16μm以下。
第二层5b其厚度可以为5μm以上且10μm以下。若在这一范围,则切削刀片1的耐磨损性和抗崩刃性优异。
另外,第三层5c的厚度,相对于第二层5b的厚度与第三层5c的厚度之和可以为0.2~0.4倍。这样构成的切削刀片1,耐磨损性和抗崩刃性优异。
另外,第三层5c,可以以沿着与基体3的主面垂直的方向的方式定向Al2O3结晶的C轴。若换种说法,就是含有α-Al2O3结晶,该α-Al2O3结晶可以成为相对于基体3的主面在垂直方向上延伸的柱状。另外,本发明的切削刀片1的基体3中,在表面也可以存在粘结相的比例比基体3的内部更多的粘结相富化层。该粘结相富化层的厚度可以为1μm以上且10μm以下。
以下说明本发明的切削刀片的制造方法。
表1中,显示在后述的实施例中使用的作为切削刀片的基体的原料粉末的比例。各原料的平均粒径,全部用1μm以下的。这些原料粉末,是一般在金属陶瓷的制造中使用的。
本发明的切削刀片,能够通过筹划基体的组成和涂层的生成条件而取得。为了使第一化合物在基体与涂层之间生成,可以在基体所包含的粘结相中,成为Co的比例为97.0质量%以上的组成,使基体所含的Co的量为10质量%以上。在基体包含的粘结相中,Co的比例也可以为99.0质量%以上,进一步为99.9质量%以上。该Co的比例,是测量切削刀片所包含的Co、Fe、Ni的质量,用Co的质量除以三者总量的值。若以算式表示,则为Co/(Co+Ni+Fe)。
另外,若使基体所含的粘结相量为16质量%以下,则第一化合物覆盖基体的一部分。若基体所含的粘结相量高于16质量%,则第一化合物覆盖涂层覆盖的全部基体。
在这样的组成范围的原料粉末中添加粘结剂后,例如,通过冲压成形,整理成希望的形状,在除去粘结剂成分的脱脂工序之后,例如,在氮或真空气氛中,于1500~1550℃的温度区域烧成,从而得到致密质的基体。
还有,在脱脂工序中,真空中以200℃、300℃分别保持1小时,其后,升温至450℃,保持1小时。这时,在450℃的工序中,为了抑制作为原料而添加的C减少,使CO2气达到1~5kPa的压力而将其导入脱脂炉。如此能够精密地控制C量。
基体在25~1000℃下的热膨胀系数可以为9.0×10-6以上。
接着,设置涂层。设置涂层时,例如,在基体的表面形成含多个TiN粒子的第一层。再在第一层之上形成含多个TiCN粒子的第二层。再在其上形成含多个Al2O3粒子的第三层。第一层、第二层和第三层,可以由化学蒸镀(CVD)法形成。通过此CVD蒸镀法,成膜时的成膜温度越高,施加于所形成的膜的压缩应力越大。因此,可以根据需要调整成膜温度。
另外,为了得到具有与基体的表面平行的方向的宽度低于25nm的微细的TiN粒子的第一层,基体所包含的粘结相成分之中,可以使Co的比率为99.0质量%以上。
第一层,例如,可以按如下条件制膜:温度:800~900℃、压力8~20kPa、TiCl4浓度:0.2~2.5mol%、N2浓度:25.0~49.9mol%、H2浓度40.0~74.8mol%。
另外,为了使第二化合物在基体与涂层之间生成,可以在基体的原料组成中,调整原料中的C量和硬质相量,使C/硬质相为8.0以上。还有,所谓原料中的C量,除了作为碳而添加的C以外,例如,还包括在各原料粉末包含的C。另外,所谓硬质相,是指在切削刀片中能够作为硬质相存在的,例如,不包括Fe、Ni、Co和Mn、Mo的金属、氧化物和碳氧化物。
为了使第一化合物覆盖第二化合物,可以使基体中包含的粘结相量高于16质量%,并使C/硬质相为8.0以上。
另外,为了使第三化合物在基体与涂层之间生成,可以通过在基体之上形成第一层的成膜条件使TiCl4浓度为1.0mol%以上。若进一步使TiCl4浓度为1.2mol%以上,则能够得到第三化合物位于第一化合物与涂层之间的切削刀片。
另外,或也能够根据需要,使预先制作的第一化合物、第二化合物、第三化合物附着于基体的表面,其后,形成涂层而得到本发明的切削刀片。
<切削刀具>
接下来,对于本发明的切削刀具,使用附图进行说明。
本发明的切削刀具101,如图9所示,例如,是从第一端(图9中的上端)朝向第二端(图9中的下端)延伸的棒状体。切削刀具101,如图9所示,具备:在第一端侧(前端侧)具有卡槽103的刀柄105;和位于卡槽103的上述的切削刀片1。切削刀具101,因为具备切削刀片1,所以能够长期进行稳定的切削加工。
卡槽103是安装切削刀片1的部分,具有相对于刀柄105的下表面平行的支承面,和相对于支承面倾斜的限制侧面。另外,卡槽103在刀柄105的第一端侧开口。
切削刀片1位于卡槽103。这时,切削刀片1的下表面可以直接接触卡槽103,另外,在切削刀片1与卡槽103之间也可以夹隔垫片(未图示)。
切削刀片1以使前刀面和后刀面相交的棱线中作为刃口7被使用的部分的至少一部分,从刀柄105向外方突出的方式被安装在刀柄105上。在本实施方式中,切削刀片1由固定螺栓107安装在刀柄105上。即,在切削刀片1的贯通孔17中插入固定螺栓107,将该固定螺栓107的前端插入形成于卡槽103的螺丝孔(未图示)而使螺栓部之间拧紧,由此,切削刀片1被安装在刀柄105上。
作为刀柄105的材质,能够使用钢、铸铁等。在这些构件之中也可以使用韧性高的钢。
在本实施方式中,例示的是用于所谓的车削加工的切削刀具101。作为车削加工,例如,可列举内径加工、外径加工和开槽加工和端面加工等。还有,作为切削刀具101不限定用于车削加工。例如,用于滚削加工的切削刀具101也可以使用上述的实施方式的切削刀片1。
实施例
以下,对于本发明的切削刀片进行说明。
基体以如下方式制作。使用表1所示的比例的原料粉末制作刀具形状的成形体,除去粘结剂成分后,烧成,制作基体。这些试料之中,试料No.1~14的基体是所谓的金属陶瓷。试料No.15的基体是所谓的超硬合金。还有,在脱脂工序中,在真空中以200℃、300℃分别保持1小时,之后,升温至450℃,保持1小时。这时,在450℃的工序中,以3kPa的压力将CO2气导入脱脂炉。
对于经烧成工序而得到的这些基体的表面进行观察时,在任何一个基体中都未确认到第一化合物、第二化合物、第三化合物。
【表1】
Figure GDA0004117126050000111
在这些基体的表面,以CVD蒸镀法,按表2所示的成膜条件形成第一层。再在第一层之上形成第二层。再在第二层之上形成第三层。
使用JOEL社制透射型分析电子显微镜JEM-2010F(UHR),将所得到的切削刀片的截面放大至80,000倍~200,000倍而进行观察,确认基体与涂层之间有无第一化合物、第二化合物、第三化合物。另外,测量第一层的TiN粒子的形状。另外,通过X射线衍射,确认基体中是否含有Co0.93W0.07。还有,各化合物的组成,以使用了同装置的薄膜定量法确认。表2中显示各试料有无第一化合物、第二化合物、第三化合物。基体中具有粘结相富化层。
【表2】
Figure GDA0004117126050000131
作为基体,使用了超硬合金的试料No.15中,第一化合物、第二化合物、第三化合物均未被确认到。
粘结相(Ni+Co)中所占的Co的比例为97.0质量%以上,基体中所占的Co的比例为10质量%以上的试料No.2、3、5、7~14,在基体与涂层之间具有第一化合物。
这些试料之中,试料No.5,第一化合物覆盖基体的一部分,试料No.2、3、7~14,在涂层存在的位置,第一化合物覆盖全部基体。
试料No.2、3、5、7~14的第一化合物,均含有以总和计为90at%以上的Co、C和W,含有Co为69~89at%,C为8~25at%,W为3~12at%。
具有第一化合物的试料之中,C/硬质相为8.0以上的试料No.2、5、7~14,在基体与涂层之间具有第二化合物。
这些试料之中,试料No.2、7~14,第一化合物包围着第二化合物。
第二化合物,均含有以总和计为90at%以上的C、Co和W,含有C为60~75at%,Co为18~30at%,W为2~10at%。
具有第一化合物的试料之中,在TiN膜的成膜条件中,TiCl4浓度为1.0mol%以上的试料No.3、5、8,在基体与涂层之间具有第三化合物。
这些试料之中,试料No.3、8有第三化合物在剖视中位于第一化合物与涂层之间。
第三化合物含有以总和计为80at%以上的C、Ti和W,含有C为58~80at%,Ti为7~25at%,W为1~15at%。
所得到的切削刀片,按以下的条件,进行切削试验。
(耐磨损性试验)
被削材:SAPH440
切削速度:1000m/min
进刀:0.15mm/rev
进刀量:0.25mm
切削状态:湿式
评价方法:在切削了切削长度5.0km的时刻的后刀面磨损宽度(μm)
(抗崩刃性试验)
被切削材:SAPH440 12条开槽(10mm宽度)
切削速度:1000m/min
进刀:0.15mm/rev
进刀量:0.25mm
切削状态:湿式
评价方法:至崩刃的冲击次数(次)
具有第一化合物的试料,与没有第一化合物的试料相比,显示出更优异的耐磨损性、抗崩刃性。
另外,还具有第二化合物、第三化合物的试料,与没有第二化合物、第三化合物的试料相比,显示出更优异的耐磨损性、抗崩刃性。
另外,TiN粒子的宽度为25nm以下的试料,也显示出优异的耐磨损性、抗崩刃性。
以上说明的本发明的切削刀片和具备它的切削刀具是一例,只要不脱离本申请的要旨,也可以具有不同的构成。
符号说明
1…切削刀片
3…基体
5…涂层
5a…第一层
5b…第二层
5c…第三层
7…刃口
17…贯通孔
21…第一化合物
23…第二化合物
25…第三化合物
101…切削刀具
103…卡槽
105…刀柄
107…固定螺栓

Claims (14)

1.一种切削刀片,其具备:包含金属陶瓷的基体、和被覆该基体的表面的涂层,其中,
所述基体具有:
含有含Ti的碳氮化物的硬质相;和
含有97.0质量%以上的Co的粘结相,
所述基体中所含的Co的量为10质量%以上,
所述涂层从靠近所述基体的一侧起具有:
含有TiN的第一层;
位于该第一层之上,含TiCN的第二层;和
位于该第二层之上,含Al2O3的第三层,
含有Co、C和W,且at%的含量满足Co>C>W的关系的第一化合物位于所述基体与所述第一层之间。
2.根据权利要求1所述的切削刀片,其中,所述第一化合物含有以总和计为90at%以上的所述Co、所述C和所述W,含有所述Co为69at%~89at%,所述C为8at%~25at%,所述W为3at%~12at%。
3.根据权利要求1所述的切削刀片,其中,所述第一化合物,在所述涂层存在的部分,覆盖所述基体的80%以上。
4.根据权利要求1所述的切削刀片,其中,含有C、Co和W,且at%的含量满足C>Co>W的关系的第二化合物位于所述基体与所述涂层之间。
5.根据权利要求4所述的切削刀片,其中,所述第二化合物含有以总和计为90at%以上的所述C、所述Co和所述W,
含有所述C为60at%~75at%,所述Co为18at%~30at%,所述W为2at%~10at%。
6.根据权利要求4所述的切削刀片,其中,在与所述基体的表面正交的截面中,所述第一化合物包围着所述第二化合物。
7.根据权利要求1所述的切削刀片,其中,含有C、Ti和W,且at%的含量满足C>Ti>W的关系的第三化合物位于所述基体与所述涂层之间。
8.根据权利要求7所述的切削刀片,其中,在与所述基体的表面正交的截面中,所述第三化合物位于所述第一化合物与所述涂层之间。
9.根据权利要求7所述的切削刀片,其中,所述第三化合物含有以总和计为80at%以上的所述C、所述Ti和所述W,含有所述C为58at%~80at%,所述Ti为7at%~25at%,所述W为1at%~15at%。
10.根据权利要求1任一项所述的切削刀片,其中,
所述基体具有:
含有含Ti的碳氮化物的硬质相;和
含有Co和Ni中的至少任意一个的粘结相,
在25℃~1000℃下的热膨胀系数为9.0×10-6/℃以上,
所述第二层,压缩应力为250MPa~500MPa,
所述第三层,具有2μm以上的厚度,压缩应力为450MPa以上,与所述第二层相比压缩应力的值大。
11.根据权利要求10所述的切削刀片,其中,所述第三层,厚度为2.5μm以上且8.0μm以下。
12.根据权利要求11所述的切削刀片,其中,所述第二层,厚度为5μm以上且10μm以下。
13.根据权利要求12所述的切削刀片,其中,所述第三层的厚度在所述第二层的厚度与所述第三层的厚度之和的0.2倍~0.4倍的范围。
14.一种切削刀具,其具备:
从第一端朝向第二端延伸,在所述第一端侧具有卡槽的刀柄;和
位于所述卡槽的权利要求1~13中任一项所述的切削刀片。
CN201980020490.2A 2018-03-20 2019-03-15 切削刀片和具备它的切削刀具 Active CN111886097B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018052842 2018-03-20
JP2018-052842 2018-03-20
JP2018223528 2018-11-29
JP2018-223528 2018-11-29
PCT/JP2019/010879 WO2019181794A1 (ja) 2018-03-20 2019-03-15 インサート及びこれを備えた切削工具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111886097A CN111886097A (zh) 2020-11-03
CN111886097B true CN111886097B (zh) 2023-06-23

Family

ID=67986224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980020490.2A Active CN111886097B (zh) 2018-03-20 2019-03-15 切削刀片和具备它的切削刀具

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3769878A4 (zh)
JP (1) JP7057420B2 (zh)
CN (1) CN111886097B (zh)
WO (1) WO2019181794A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117529381A (zh) * 2021-07-30 2024-02-06 京瓷株式会社 涂层刀具和切削刀具

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE9502687D0 (sv) * 1995-07-24 1995-07-24 Sandvik Ab CVD coated titanium based carbonitride cutting tool insert
US5955186A (en) * 1996-10-15 1999-09-21 Kennametal Inc. Coated cutting insert with A C porosity substrate having non-stratified surface binder enrichment
JPH11229143A (ja) * 1998-02-20 1999-08-24 Mitsubishi Materials Corp 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製エンドミル
US6251508B1 (en) * 1998-12-09 2001-06-26 Seco Tools Ab Grade for cast iron
SE526604C2 (sv) * 2002-03-22 2005-10-18 Seco Tools Ab Belagt skärverktyg för svarvning i stål
JP4069749B2 (ja) * 2003-01-24 2008-04-02 京セラ株式会社 荒加工用切削工具
JP4711714B2 (ja) * 2005-03-30 2011-06-29 京セラ株式会社 表面被覆切削工具
EP2058070B1 (en) * 2006-08-31 2014-02-26 Kyocera Corporation Cutting tool, process for producing the same, and method of cutting
JP2009107059A (ja) 2007-10-30 2009-05-21 Kyocera Corp 切削工具および切削インサート並びに切削インサートの製造方法
JP5075652B2 (ja) * 2008-01-21 2012-11-21 日本特殊陶業株式会社 ダイヤモンド被覆切削インサート及び切削工具
JP2010105099A (ja) * 2008-10-29 2010-05-13 Kyocera Corp 切削工具
CN101879612B (zh) * 2010-06-28 2011-12-07 株洲钻石切削刀具股份有限公司 用于钢材车削的硬质合金涂层刀片
CN107002186B (zh) 2014-11-27 2019-02-15 京瓷株式会社 金属陶瓷和切削工具
JP6558633B2 (ja) * 2015-08-10 2019-08-14 三菱マテリアル株式会社 耐塑性変形性、耐異常損傷性および耐摩耗性にすぐれたTi基サーメット切削工具

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019181794A1 (ja) 2019-09-26
EP3769878A4 (en) 2021-12-22
CN111886097A (zh) 2020-11-03
EP3769878A1 (en) 2021-01-27
JP7057420B2 (ja) 2022-04-19
JPWO2019181794A1 (ja) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111867758B (zh) 涂层刀具和具备它的切削刀具
EP3085478A1 (en) Coated tool
EP1736307A1 (en) Surface coating member and cutting tool
CN105517738A (zh) 被覆工具
WO2019146785A1 (ja) 被覆工具およびそれを備えた切削工具
US10744568B2 (en) Coated tool
WO2011052767A1 (ja) 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具
WO2019146784A1 (ja) 被覆工具およびこれを備えた切削工具
CN111886097B (zh) 切削刀片和具备它的切削刀具
CN111867759B (zh) 切削刀片和具备它的切削刀具
KR102792305B1 (ko) 피복 공구 및 그것을 구비한 절삭 공구
KR102431159B1 (ko) 인서트 및 이것을 구비한 절삭공구
KR102731820B1 (ko) 피복 공구
KR102780216B1 (ko) 피복 공구 및 그것을 구비한 절삭 공구
KR102780218B1 (ko) 피복공구 및 그것을 구비한 절삭공구
CN111886098B (zh) 切削刀片和具备它的切削刀具
CN111936256B (zh) 刀具和具备它的切削刀具
WO2024018889A1 (ja) 被覆工具および切削工具
WO2024095655A1 (ja) 被覆工具および切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant