專利名稱：耐崩刀的表面包覆切削工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種即使在伴隨高熱產生的高速連續切削條件下進行硬化鋼等硬質合金鋼的切削加工時，硬質包覆層也發揮優異的耐崩刀性的表面包覆切削工具(以下，稱為包覆工具)。
背景技術：
以往，公知有如下包覆切削工具(稱為以往包覆工具)在由碳化鎢(以下，以WC 表示)基超硬合金等構成的基體(以下將這些總稱為工具基體)的表面，首先形成Ti碳化物層作為下部層，接著，在其上形成由Al2O3與Cr2O3的相互固溶體構成的上部層。專利文獻1 日本專利公開昭53-116239號公報目前為如下現狀近年來，切削裝置的高性能化異常顯著，另一方面對切削加工的節省勞力化及節能化以及低成本化的要求強烈，伴隨此，切削加工具有高速化的傾向，但在上述的以往包覆工具中，將此用于鋼或鑄鐵等的一般條件下的高速連續切削加工時雖然沒有問題，但特意將此使用于硬化鋼等硬質合金鋼的伴隨高熱產生的高速連續切削加工時， 在將上述以往的Al2O3與Cr2O3的相互固溶體作為上部層的硬質包覆層中，不能說具有足夠的高溫硬度和高溫強度，所以容易產生崩刀(微小碎片)，其結果在較短時間內達到使用壽命。
發明內容
因此，本發明者們從如上述的觀點考慮，為謀求包覆工具的硬質包覆層的耐崩刀性的提高，進行深入研究的結果，得到以下見解。作為上述先行技術文獻引用的以往包覆工具的硬質包覆層，首先，形成Ti碳化物層作為下部層，接著，在其上交替層壓由Al2O3構成的層和由Cr2O3構成的層之后，通過對此進行熱處理形成由Al2O3與Cr2O3的相互固溶體構成的上部層(以下，以以往(Al、Cr)0層表不)O但是，本發明者們發現如下現象若在由Ti化合物構成的下部層表面，首先形成作為中間層的改質氧化鋁層(以下，稱為改質Al2O3層)，通過該改質Al2O3層形成Al2O3與 Cr2O3的混合層，則結果可以蒸鍍形成高溫硬度和高溫強度都優異的由Al2O3與Cr2O3的混合層(以下，以改質(Al、Cr)0層表示)構成的上部層。上述改質Al2O3層可以設為如下而蒸鍍形成。S卩，用一般化學蒸鍍裝置，例如在以容量％計，AlCl3 3 10%、CO2 :0. 5 3%、 C2H4 0. 01 0. 3%、H2 余量的反應氣體組成，反應氣氛溫度750 900 V，反應氣氛壓力3 13kPa的低溫條件下，在由Ti化合物層構成的下部層的表面形成Al2O3核，此時所述Al2O3核優選為具有20 200nm的平均層厚的Al2O3核薄膜，接著， 在將反應氣氛改為壓力3 13kPa的氫氣氣氛并將反應氣氛溫度升溫至1100 1200°C的條件下，對所述Al2O3核薄膜施以加熱處理，在這種狀態下，可通過以一般條件形成α型 Al2O3層而蒸鍍形成改質Al2O3層。對上述改質Al2O3層制作了傾斜角度數分布圖，此時，所述以往Al2O3層如圖4例示那樣，(0001)面的測量傾斜角的分布在0 45度范圍內顯出無偏傾斜角度數分布圖，相反蒸鍍形成于所述加熱處理Al2O3核薄膜上的改質Al2O3層如圖3例示那樣，在傾斜角劃分區域的特定位置處出現明顯的最高峰，就該明顯的最高峰位置而言，根據使所述Al2O3核薄膜的平均層厚變化來改變出現于圖橫軸的傾斜角劃分區域的位置，該傾斜角度數分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡，如圖1的(a)、(b)中以簡要說明圖所示，對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的α型Al2O3晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面的法線相對于基體表面的法線所成的傾斜角，按0. 25度間距劃分所述測量傾斜角中處于0 45度范圍內的測量傾斜角，且總計存在于各劃分區域內的度數而構成傾斜角度數分布圖。S卩，由此可知，蒸鍍形成于所述加熱處理Al2O3核薄膜上的改質Al2O3層為具有 (0001)面取向率高的α型晶體結構的Al2O3層。而且，對由蒸鍍形成于上述改質Al2O3層上的改質(Al、Cr)0層構成的上部層制作了構成原子共有晶格點分布圖，此時，如圖5所示，在Σ 3處存在最高峰且所述Σ 3在整體 Σ Ν+1中所占的分布比例為40 60%，而且，由此可知，該改質(Al、Cr)0層與以往包覆工具的以往(Al、Cr)0層相比，具有更加優異的高溫硬度及高溫強度，該構成原子共有晶格點分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面及(10-10)面的法線相對于所述截面研磨面的法線所成的傾斜角，根據從該結果得到的測量傾斜角，計算在相互鄰接的晶粒的界面上，各所述構成原子在所述晶粒相互之間共有1個構成原子的晶格點 (構成原子共有晶格點)的分布，以Σ Ν+1表示在所述構成原子共有晶格點之間存在N個 (其中，N成為剛玉型密排六方晶系的晶體結構上2以上的偶數，但從分布頻率方面考慮，將 N的上限設為觀時，不存在偶數4、8、14、24、及26)不共有構成原子的晶格點的構成原子共有晶格點形態，求出每個Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例，由此制作表示每個Σ Ν+1 在整體Σ Ν+1中所占的分布比例的構成原子共有晶格點分布圖(此時，從上述結果，不存在 Σ 5、Σ 9、Σ 15、Σ 25、及Σ 27的構成原子共有晶格點形態)。此外，關于所述專利文獻1中的以往(Al、Cr)0層，與上述相同地制作了表示每個 Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例的構成原子共有晶格點分布圖的結果，如圖6所示， 顯出Σ 3的分布比例為20%以下的相對低的構成原子共有晶格點分布圖。S卩，改質(Al、Cr) 0層與以往(Al、Cr)0層不同，蒸鍍形成改質Al2O3層來作為中間層，從而Σ 3對應粒界的分布比例變得非常高，其結果可知，與以往(Al、Cr)0層相比，高溫硬度及高溫強度進一步提尚ο如上所述，作為硬質包覆層在由Ti化合物層構成的下部層的表面蒸鍍形成改質 Al2O3層作為中間層，并在其上進一步蒸鍍形成作為上部層的改質(Al、Cr) 0層，這種本發明的包覆工具與以往包覆工具相比，具有更加優異的高溫硬度及高溫強度，所以即使在伴隨高熱產生的硬質合金鋼的高速連續切削條件中使用時，也發揮優異的耐崩刀性。該發明是根據上述見解完成的，其具有如下特征，
“一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基超硬合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體表面蒸鍍形成由下部層、中間層和上部層構成的硬質包覆層，所述表面包覆切削工具通過蒸鍍形成由以下(a) (C)構成的硬質包覆層而構成(a)下部層為Ti化合物層，該Ti化合物層由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層、及碳氮氧化物層中的1層或2層以上構成且具有3 20 μ m的整體平均層厚；(b)中間層為α型氧化鋁層，該α型氧化鋁層在化學蒸鍍的狀態下具有α型晶體結構且具有1 3 μ m的平均層厚，對該中間層用傾斜角度數分布圖表示，此時，在0 10度范圍內的傾斜角劃分區域處存在最高峰，且存在于所述0 10度范圍內的度數的合計占傾斜角度數分布圖中的度數整體的45%以上比例，該傾斜角度數分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面的法線相對于基體表面的法線所成的傾斜角，按0. 25度間距劃分所述測量傾斜角中處于0 45度范圍內的測量傾斜角，且總計存在于各劃分區域內的度數而構成傾斜角度數分布圖；(c)上部層為α型氧化鋁相與氧化鉻相的均勻混合組織層，該均勻混合組織層在化學蒸鍍的狀態下具有α型晶體結構且具有2 15μπι的平均層厚，而且，在α型氧化鋁相的基礎材料中均勻分散分布氧化鉻相，另外，在該均勻混合組織層中的鉻在鉻與鋁的總量中所占的含有比例為0. 003 0. 2(其中，為原子比)，該上部層在構成原子共有晶格點分布圖中，在Σ 3處存在最高峰且所述Σ 3在整體Σ Ν+1中所占的分布比例為40 60%，該構成原子共有晶格點分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面及(10-10)面的法線相對于所述截面研磨面的法線所成的傾斜角，根據從該結果得到的測量傾斜角，計算在相互鄰接的晶粒的界面上， 各所述構成原子在所述晶粒相互之間共有1個構成原子的晶格點(構成原子共有晶格點) 的分布，以Σ Ν+1表示在所述構成原子共有晶格點之間存在N個(其中，N成為剛玉型密排六方晶系的晶體結構上2以上的偶數，但從分布頻率方面考慮，將N的上限設為28)不共有構成原子的晶格點的構成原子共有晶格點形態時，求出每個Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例，由此制作表示每個Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例的構成原子共有晶格點分布圖。”以下對此發明的包覆工具的硬質包覆層的結構層進行詳細說明。下部層的Ti化合物層Ti化合物層作為改質Al2O3層的下部層而存在，除了通過自身所具備的優異的高溫強度有助于提高硬質包覆層的高溫強度以外，還有均牢固附著于工具基體和改質Al2O3 層而提高對硬質包覆層的工具基體的附著性的作用，但如果其平均層厚不到3 μ m，就無法充分發揮所述作用，另一方面若其平均層厚超過20 μ m,則尤其在伴隨高熱產生的高速切削中容易引起熱塑性變形，這成為偏磨的原因，所以將其平均層厚定為3 20 μ m。中間層的改質Al2O3層
構成中間層的改質Al2O3層可以通過如下形成在一般化學蒸鍍裝置中，例如在以容量％計，AlCl3 3 10%,CO2 0. 5 3%, C2H4 :0. 01 0. 3%,H2 余量的反應氣體組成，反應氣氛溫度750 900 V，反應氣氛壓力3 13kPa的低溫條件下，在由Ti化合物層構成的下部層的表面形成Al2O3核，此時所述Al2O3核優選為具有20 200nm的平均層厚的Al2O3核薄膜，接著， 在將反應氣氛改為壓力3 13kPa的氫氣氣氛并將反應氣氛溫度升溫至1100 1200°C 的條件下對所述Al2O3核薄膜施以加熱處理，在這種狀態下，可通過以一般條件蒸鍍α型 Al2O3層而形成。中間層的改質Al2O3層具備優異的高溫硬度，不僅有助于提高耐磨性，而且均牢固附著于下部層的Ti化合物層及上部層的改質(Al、Cr)0層而提高作為硬質包覆層整體的剝離強度。另外，用傾斜角度數分布圖表示上述改質Al2O3層，此時，在0 10度范圍內的傾斜角劃分區域處存在最高峰，且存在于所述0 10度范圍內的度數的合計占傾斜角度數分布圖中的度數整體的45%以上比例，且(0001)面取向率高，該傾斜角度數分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面的法線相對于基體表面的法線所成的傾斜角，按0. 25度間距劃分所述測量傾斜角中處于0 45度范圍內的測量傾斜角，且總計存在于各劃分區域內的度數而構成傾斜角度數分布圖。而且，通過在這種(0001)面取向率高的改質Al2O3層上蒸鍍形成作為上部層的改質(Al、Cr)0層(α型氧化鋁相與氧化鉻相的均勻混合組織層)，盡管在該改質(Al、Cr)0 層中含Cr成分，也以較高的比例形成Σ 3對應粒界而提高粒界強度，其結果，改質(Al、Cr) 0層具備優異的高溫硬度，同時具備優異的高溫強度。即，中間層的改質Al2O3層擔負如提高上部層的改質(Al、Cr)0層的Σ 3對應粒界的比例這種較大任務。在關于上述改質Al2O3層的傾斜角度數分布圖中，存在于0 10度范圍內的度數的合計不到傾斜角度數分布圖中的度數整體的45 %時，無法期待上部層中的Σ 3對應粒界的比例增加，所以通過在加熱處理Al2O3核薄膜上進一步蒸鍍α型Al2O3層來形成改質Al2O3 層時，優選將Al2O3核薄膜的平均層厚設為20 200nm。此外，如果由改質Al2O3層構成的中間層的平均層厚不到Ιμπι時，(0001)面取向率就成為不到45%，另一方面，平均層厚超過3 μ m時，與作為上部層的改質(Al、Cr) 0層的粘合強度下降，所以其平均層厚定為1 3ym。上部層的改質(Al、Cr) 0層構成上部層的改質(Al、Cr) 0層可通過在如下形成在一般化學蒸鍍裝置中，例如在以容量％計，AlCl3 6 10%, CrCl3 :0. 1 1. 2%, CO2 10 15%, HCl 3 5%, H2S 0.05 0.2%、H2 余量的反應氣體組成，反應氣氛溫度950 1000°C，反應氣氛壓力3 5kPa的條件下，在由改質Al2O3層構成的中間層的表面蒸鍍而形成。上部層的改質(Al、Cr)0層表示在α型氧化鋁相的基礎材料上均勻分散分布氧化鉻相的均勻混合組織層，構成基礎材料的α型氧化鋁相尤其能提高層的高溫硬度及耐熱性，并且均勻分散分布于基礎材料中的氧化鉻相尤其能提高高溫強度和耐熱塑性變形性。并且，由改質(Al、Cr)0層構成的上部層在構成原子共有晶格點分布圖中，在Σ 3 處存在最高峰且所述Σ 3在整體Σ Ν+1中所占的分布比例為40 60%，該構成原子共有晶格點分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面及(10-10)面的法線相對于所述截面研磨面的法線所成的傾斜角，根據從該結果得到的測量傾斜角，計算在相互鄰接的晶粒的界面上，各所述構成原子在所述晶粒相互之間共有1個構成原子的晶格點(構成原子共有晶格點)的分布，以Σ Ν+1表示在所述構成原子共有晶格點之間存在 N個(其中，N成為剛玉型密排六方晶系的晶體結構上2以上的偶數，但從分布頻率方面考慮，將N的上限設為28)不共有構成原子的晶格點的構成原子共有晶格點形態時，求出每個 Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例，由此制作表示每個Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例的構成原子共有晶格點分布圖。S卩，將改質Al2O3層作為中間層來設置，在其上蒸鍍形成上部層的改質(Al、Cr)0 層，由此增加Σ 3對應粒界的比例而提高粒界強度，所以其結果，改質(Al、Cr)0層成為高溫硬度、高溫強度更加優異的層，而使耐崩刀性、耐缺損性提高。而且，為了將Σ 3對應粒界的分布比例設為上述40 60%，在上部層中的Cr在 Cr與Al的總量中所占的含有比例(Cr/(A1+Cr))需為0. 003 0. 2 (其中，為原子比)，Cr 含有比例不到0. 003時，即使可以使Σ 3對應粒界的分布比例增加，上部層的耐熱塑性變形性也會變得不充分，存在由偏磨的產生等引起的耐磨性劣化的憂慮。另一方面，如Cr含有比例超過0. 2時，Σ 3對應粒界的分布比例變為不到40%，從而無法期待高溫強度的提高。 而且，上部層中的Cr成分的含量在上述0. 003 0. 2 (其中，為原子比)的范圍內時，氧化鉻相在基礎材料中作為均勻微細的分散相而存在，所以不會對硬質包覆層的耐崩刀性、耐缺損性、耐剝離性帶來影響。如果由改質(Al、Cr)0層構成的上部層其平均層厚不到2μπι，就無法發揮優異的高溫強度，另一方面，若其平均層厚超過15 μ m,則容易產生崩刀等，所以其平均層厚定為 2 15 μ m。此外，從防止崩刀產生等觀點考慮，由改質Al2O3層構成的中間層和由改質(Al、 Cr) 0層構成的上部層的合計平均層厚優選設為3 15 μ m。發明效果此本發明的包覆工具即使在伴隨高發熱的高速連續切削條件下進行硬化鋼等硬質合金鋼的切削加工中使用時，設置改質Al2O3層作為硬質包覆層的中間層，并在其上進一步設置提高了 Σ 3對應粒界的分布比例的改質(Al、Cr)0層，由此硬質包覆層也具備優異的高溫硬度和高溫強度，其結果，在長期使用中發揮更加優異的耐崩刀性。
圖1是表示(Al、Cr)0層及Al2O3層中的晶粒的(0001)面及(10-10)面的傾斜角的測量狀態的簡要說明圖。圖2是表示相互鄰接的晶粒的界面處的構成原子共有晶格點形態的單位形態的示意圖，(a)表示Σ 3的單位形態，(b)表示Σ 7的單位形態，(c)表示Σ 11的單位形態。圖3是本發明的包覆工具13的改質Al2O3層的傾斜角度數分布圖。圖4是比較包覆工具1的以往Al2O3層的傾斜角度數分布圖。圖5是本發明的包覆工具13的改質(Al、Cr)0層的構成原子共有晶格點分布圖。圖6是比較包覆工具1的非改質(Al、Cr)0層的構成原子共有晶格點分布圖。
具體實施例方式接著，通過實施例進一步具體說明此發明的包覆工具。[實施例]作為原料粉末，準備均具有平均粒徑2 4 μ m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，將這些原料粉末配合成表1所示的配合組成，進一步加入石蠟在丙酮中球磨混合M小時，減壓干燥之后，以98MPa 的壓力擠壓成型為預定形狀的壓坯，在5Pa的真空中，在1370 1470°C范圍內的預定溫度中保持1小時的條件下真空燒結該壓坯，燒結之后，對刀刃部施以R :0. 07mm的珩磨加工，由此分別制造了具有ISO · CNMG160412規定的多刃刀片形狀的WC基超硬合金制的工具基體 A F。并且，作為原料粉末，準備均具有平均粒徑0. 5 2 μ m的TiCN(以質量比計，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，將這些原料粉末配合成表2所示的配合組成，用球磨機濕式混合M小時，干燥之后， 以98ΜΙ^的壓力擠壓成型為壓坯，在1. 的氮氣氣氛中，在溫度1540°C中保持1小時的條件下燒結該壓坯，燒結之后，對刀刃部施以R :0. 07mm的珩磨加工，由此形成了具有ISO規格· CNMG160412的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制工具基體a f。接著，將這些工具基體A F及工具基體a f分別裝入一般化學蒸鍍裝置中，首先，用表3 (表3中的I-TiCN表示日本專利公開平6-8010號公報中記載的具有縱長生長結晶組織的TiCN層的形成條件，除此以外表示一般的粒狀結晶組織的形成條件)所示的條件，以表6所示的組合及目標層厚蒸鍍形成Ti化合物層作為硬質包覆層的下部層，接著，同樣用表4所示的條件，以表7所示的組合及目標層厚蒸鍍形成改質Al2O3層作為硬質包覆層的中間層，另外，用表5所示的條件，以表7所示的組合及目標層厚蒸鍍形成改質(Al、Cr)0 層作為硬質包覆層的上部層，由此分別制造了本發明的包覆工具1 13。從比較的目的考慮，如表8所示，作為硬質包覆層的中間層，用表4所示的條件， 以表8所示的目標層厚形成以往Al2O3層，另外，用表6 (a)所示的條件交替層壓Al2O3層和 Cr2O3層，以表6(b)所示的各層的層厚、熱處理、目標層厚蒸鍍形成以往(Al、Cr)0層作為硬質包覆層的上部層，由此分別制造了比較包覆工具1 13。接著，對上述本發明的包覆工具1 13及比較包覆工具1 13的構成硬質包覆層的中間層的改質Al2O3層及以往Al2O3層各自分別制作傾斜角度數分布圖，該傾斜角度數分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面的法線相對于基體表面的法線所成的傾斜角，按0. 25度間距劃分所述測量傾斜角中處于0 45度范圍內的測量傾斜角，且總計存在于各劃分區域內的度數而構成傾斜角度數分布圖。
S卩，通過如下過程制作在將與工具基體表面垂直的面分別設為研磨面的狀態下， 設處于場致發射掃描電子顯微鏡的鏡筒內，以與所述研磨面70度的入射角度且以InA的照射電流對存在于各自所述研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射15kV 的加速電壓的電子射線，用電子背散射衍射裝置在30Χ50μπι的區域以0. lym/st印的間隔測量所述晶粒的晶面(0001)面的法線相對于基體表面的法線所成的傾斜角，根據該測量結果，按0. 25度的間距劃分所述測量傾斜角中處于0 45度范圍內的測量傾斜角，且總計存在于各劃分區域內的度數。從該結果得到的各種改質Al2O3層及以往Al2O3層的傾斜角度數分布圖求出最高峰所存在的傾斜角劃分區域、及存在于0 10度范圍內的度數的合計在傾斜角度數分布圖中的度數整體中所占的比例，將該值分別示于表7、表8。如表6中分別所示，在上述各種傾斜角度數分布圖中，本發明的包覆工具的改質 Al2O3層在0 10度范圍內都存在最高峰，而且傾斜角度數分布圖中的存在于0 10度范圍內的度數的合計在度數整體中所占的比例顯出45%以上，相反以往Al2O3層如表7中分別所示，在0 10度范圍內都不存在最高峰，而且存在于0 10度范圍內的度數的合計比例也至多不過10%這種小比例，且沒有向特定方向的(0001)面的取向性。此外，圖3是表示本發明的包覆工具13的改質Al2O3層的傾斜角度數分布圖，圖4 是表示比較包覆工具1的以往Al2O3層的傾斜角度數分布圖。接著，用場致發射掃描電子顯微鏡對構成上述本發明的包覆工具1 13的上部層的改質(Al、Cr) 0層及構成比較包覆工具1 13的硬質包覆層的以往(Al、Cr)0層各自分別制作了構成原子共有晶格點分布圖。S卩，上述構成原子共有晶格點分布圖通過如下制作在將上述改質(Al、Cr)0層及以往(Al、Cr)0層的截面設為研磨面的狀態下，設處于場致發射掃描電子顯微鏡的鏡筒內， 以與所述研磨面70度的入射角度且以InA的照射電流對存在于所述截面研磨面的測量范圍內的晶粒分別照射15kV的加速電壓的電子射線，用電子背散射衍射裝置，在30 X 50 μ m 的區域以0. lym/st印的間隔測量所述晶粒的晶面(0001)面及(10-10)面的法線相對于所述截面研磨面的法線所成的傾斜角，根據從該結果得到的測量傾斜角，如圖2所示，計算在相互鄰接的晶粒的界面上，各所述構成原子在所述晶粒相互之間共有1個構成原子的晶格點(構成原子共有晶格點)的分布，以Σ Ν+1表示在所述構成原子共有晶格點之間存在 N個(其中，N成為剛玉型密排六方晶系的晶體結構上2以上的偶數，但從分布頻率方面考慮，將N的上限設為觀時，不存在偶數4、8、14、24、及26)不共有構成原子的晶格點的構成原子共有晶格點形態時，求出每個Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例，由此制作構成原子共有晶格點分布圖。在從該結果得到的各種改質(Al、Cr)0層及以往(Al、Cr)0層的構成原子共有晶格點分布圖中，分別求出Σ 3在整體Σ Ν+1 (從上述結果，Σ 3、Σ 7、Σ 11、Σ 13、Σ 17、Σ 19、 Σ 21、Σ 23、及Σ四各自的分布比例的合計)中所占的分布比例，將該值分別示于表7、表8。在上述各種構成原子共有晶格點分布圖中，如表6中分別所示，本發明的包覆工具的改質(Al、Cr)0層均顯出Σ 3所占的分布比例為40 60%的構成原子共有晶格點分布圖，相反比較包覆工具的非改質(Al、Cr) 0層如表7中分別所示，均顯出Σ 3的分布比例為20%以下的構成原子共有晶格點分布圖，Σ 3對應粒界的分布比例較小。此外，圖5表示本發明的包覆工具13的改質(Al、Cr)0層的構成原子共有晶格點分布圖，圖6表示比較包覆工具1的以往(Al、Cr)0層的構成原子共有晶格點分布圖。并且，用掃描電子顯微鏡測量(測量縱截面)本發明的包覆工具1 13及比較包覆工具1 13的硬質包覆層的各結構層的厚度的結果，均顯出實際上與目標層厚相同的平均層厚(5點測量的平均值)。接著，對于上述本發明的包覆工具1 13及比較包覆工具1 13，均以使用固定夾具擰緊在工具鋼制切刀的前端部的狀態，進行在被切削材料JIS · SCr420H的圓棒、切削速度270m/min、吃刀深度0· 10讓、給料速度0.15mm/rev,切削時間5分鐘的條件(稱為切削條件A)下的硬化鉻鋼的干式高速連續切削試驗(一般的切削速度為200m/min)、和在被切削材料JIS · SCM415H的圓棒、切削速度270m/min、吃刀深度0.10mm、給料速度0.17mm/rev、切削時間5分鐘的條件(稱為切削條件B)下的硬化鉻鉬鋼的干式高速連續切削試驗(一般的切削速度為200m/min)，在所有切削試驗中測量了刀刃的后刀面磨損寬度。將該測量結果示于表9。
權利要求
1. 一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基超硬合金或碳氮化鈦基金屬陶瓷構成的工具基體的表面蒸鍍形成由下部層、中間層和上部層構成的硬質包覆層，其特征在于，所述表面包覆切削工具通過蒸鍍形成由以下(a) (c)構成的硬質包覆層而構成(a)下部層為Ti化合物層，所述Ti化合物層由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、 碳氧化物層、及碳氮氧化物層中的1層或2層以上構成且具有3 20 μ m的整體平均層厚；(b)中間層為α型氧化鋁層，所述α型氧化鋁層在化學蒸鍍的狀態下具有α型晶體結構且具有1 3 μ m的平均層厚，對該中間層用傾斜角度數分布圖表示，此時，在0 10度范圍內的傾斜角劃分區域處存在最高峰，且存在于所述0 10度范圍內的度數的合計占傾斜角度數分布圖中的度數整體的45%以上比例，所述傾斜角度數分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面的法線相對于基體表面的法線所成的傾斜角，按0. 25度間距劃分所述測量傾斜角中處于0 45度范圍內的測量傾斜角，且總計存在于各劃分區域內的度數而構成傾斜角度數分布圖；(c)上部層為α型氧化鋁相與氧化鉻相的均勻混合組織層，所述均勻混合組織層在化學蒸鍍的狀態下具有α型晶體結構且具有2 15μπι的平均層厚，而且，在α型氧化鋁相的基礎材料中均勻分散分布氧化鉻相，另外，在該均勻混合組織層中的鉻在鉻與鋁的總量中所占的含有比例以原子比計為0. 003 0. 2，該上部層在構成原子共有晶格點分布圖中，在Σ 3處存在最高峰且所述Σ 3在整體 Σ Ν+1中所占的分布比例為40 60%，所述構成原子共有晶格點分布圖如下制作用場致發射掃描電子顯微鏡對存在于截面研磨面的測量范圍內的具有六方晶系晶格的晶粒分別照射電子射線，測量所述晶粒的晶面(0001)面及(10-10)面的法線相對于所述截面研磨面的法線所成的傾斜角，根據從該結果得到的測量傾斜角，計算在相互鄰接的晶粒的界面上， 各所述構成原子在所述晶粒相互之間共有1個構成原子的晶格點，即構成原子共有晶格點的分布，以Σ Ν+1表示在所述構成原子共有晶格點之間存在N個不共有構成原子的晶格點的構成原子共有晶格點形態時，求出每個Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例，由此制作表示每個Σ Ν+1在整體Σ Ν+1中所占的分布比例的構成原子共有晶格點分布圖，其中，N成為剛玉型密排六方晶系的晶體結構上2以上的偶數，但從分布頻率方面考慮，將N的上限設為28。
全文摘要
本發明提供一種在硬質合金鋼的高速連續切削加工中發揮優異的耐崩刀性的表面包覆切削工具。在工具基體表面蒸鍍形成由下部層、中間層、和上部層構成的硬質包覆層的表面包覆切削工具中，下部層為Ti化合物層，中間層為(0001)面取向率高的α型Al2O3層，上部層為Al2O3相與Cr2O3相的均勻混合組織層，另外，計算在該混合組織層的各晶面中相互鄰接的晶粒的界面上，共有1個構成原子的晶格點(構成原子共有晶格點)的分布，以∑N+1表示在所述構成原子共有晶格點之間存在N個不共有構成原子的晶格點的構成原子共有晶格點形態時，在∑3處存在最高峰，并且所述∑3在整體∑N+1中所占的分布比例為40～60％。
文檔編號C23C14/24GK102398050SQ20101028024
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者中村惠滋, 五十嵐誠, 富田興平, 長田晃 申請人:三菱綜合材料株式會社