用於車削鋼的塗層切割工具刀片的製作方法

2023-10-11 20:05:39 2

專利名稱：用於車削鋼的塗層切割工具刀片的製作方法
技術領域：
本發明涉及尤其可用於車削硬化鋼和工具鋼的塗層切削工具刀片。硬的細晶粒基體與CVD塗層的組合大大改善耐磨性。所述塗層由一個或多個難熔層構成，其中至少一層為織構的α-氧化鋁(a-Al2O3)。
背景技術：
US 2009/017289涉及以高切削速度車削鋼用切削工具刀片。所述切削工具刀片包含通過化學氣相沉積在硬質合金基體上而塗覆的(006)織構α-Α1203。US 2009/016831涉及尤其可用於車削耐熱超合金的塗層切削工具刀片，其利用硬的低Co含量亞微米晶粒度基體以及使用物理氣相沉積生長的薄的極硬單(Ti，Si)N層。US 7201956涉及由基於碳化鎢的硬質合金或基於碳氮化鈦的金屬陶瓷和設於其表面上的硬質塗層構成；其中所述硬質塗層包括具有α晶體結構的氧化鋁層，其在相對於表面的法線的(0001)晶面的傾斜部分中具有最高峰。硬化鋼涉及大量鋼和性質，並且視使用目的而以許多不同狀態存在。因此淬火、淬火併回火、表面硬化(表面淬火(case hardened)、氮化等)為涉及高達68HRC的硬度範圍的常見狀態。然而，目的在於通過獲得不同微觀結構的鋼來增大強度和耐磨性。適合硬化的鋼為通常具有Cr、Ni、Mn和Mo的合金化添加物的中至高碳鋼。取決於目的，加入其它合金化元素。這些合金化元素中的許多為在鋼中產生硬質磨粒的碳化物形成物，除了高硬度以外，其還降低可加工性並增加刀刃的磨損。隨著強度和硬度增加，結果使得在加工期間切削力增加和刀刃的磨損增加。當在硬化鋼的加工中使用硬質合金切削工具時，工具通過例如磨料和刀刃的化學磨損、切屑和斷裂的不同機制而磨損。對於通常具有通過各種氣相沉積技術形成的耐磨碳化物、氮化物、碳氮化物和/或氧化物的薄表面層的塗層工具刀片，塗層有助於增大耐磨料磨損性，其也充當熱從切削表面擴散到下面的硬質合金基體的熱障。刃口區域內的高溫與高切削力的組合導致在基體的受影響的表面區域內的蠕變增加且刀刃塑性變形。硬化鋼加工用刀片必須具有優良的抗變形性、耐磨性和韌性。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供具有優良抗變形性、耐磨性和韌性的切削工具刀片。本發明的又一目的在於提供在溼態和幹態下均具有改善的耐磨性的中等和粗加工硬化鋼用的塗層硬質合金。現已令人驚奇地發現，與現有的基於硬質合金的切削工具相比，在溼態和幹態下中等和粗加工硬化鋼中，具有包含通過溼噴砂前處理、使用化學氣相沉積生長的(006)織構氧化鋁層的塗層具有低Co含量和亞微米晶粒度的硬質合金大大改善了生產率。


圖1顯示了根據本發明的塗層刀片的截面光學顯微鏡圖像，以及圖2顯示了根據本發明的塗層刀片的截面掃描電子顯微鏡圖像，其中A 基體內部，B碳氮化鈦層，以及C氧化鋁層。
具體實施例方式根據本發明，現提供由基體和塗層組成的塗層切削工具刀片。所述基體由WC， 4. 0 7. 0重量％ Co、優選4. 5 6. 0重量％ Co，0. 25 0. 50重量％ Cr、優選0. 30 0. 45 重量％ Cr組成，S-值為0. 68 0. 88、優選為0. 7 0. 8，且矯頑力(He)為28 38kA/m、 優選為30 34kA/m。S-值=ο/16. 1，其中ο為粘結相的所測量的磁矩，以yTn^kg—1計。 優選，在塗覆之前刃口半徑為15 50 μ m。所述塗層包含厚度為4 12μπκ優選為5 ΙΟμπι的具有柱狀晶粒的MTCVD Ti (C,N)層作為鄰近基體的第一層。在該MTCVD層之上沉積α-Al2O3層。優選該MTCVD層包括< 3 μ m、優選為0. 1 1. 5 μ m的最裡面的細晶粒TiN層，其鄰近於在頂上具有Ti (C， N)層的基體。更優選所述Ti(C，N)層的後面有厚度為約0. 1 2μπκ優選0. 1 0.5μπι的細晶粒TiN層，所述細晶粒TiN層後面有厚度為0. 1 1.5μπι的細晶粒Ti (C，N)層。鄰近基體的第一 MTCVD Ti (C, N)層可以被 MTCVD Ti (C，0，N)、CVDTi (C，N)或 CVD TiN 或 MTCVD Ti (C，N)、MTCVD Ti (C，0，N)、CVDTi (C，N)或 CVD TiN 中的兩者或更多者替代。所述α-Al2O3層由成核的α-Al2O3組成。所述氧化鋁層的厚度為7至12 μ m、優選為8至11 μ m。所述氧化鋁層由具有(006)織構、具有2至12、優選4至8的長/寬比的柱狀晶粒構成。所述α-Al2O3層為最上層。通常，表面粗糙度Ra < 1.0 μ m、優選為0.3 0. 7 μ m0 α -Al2O3層的織構係數(TC)確定如下
權利要求
1.一種切削工具刀片，其包括硬質合金刀體和塗層，其特徵在於-所述硬質合金刀體包含WC, 4. 0-7. 0重量% Co、優選4. 5-6. 0重量％ Co，0. 25-0. 50 重量％ Cr、優選0. 30-0. 45重量％ Cr，且S-值為0. 68-0. 88、優選0. 7-0. 8，矯頑力Hc為 28-38kA/m、優選 30_34kA/m，相鄰的-通過CVD沉積的厚度為11至M μ m的塗層，其中至少最上層為厚度為7-12 μ m、優選 8-11 μ m的α -Al2O3層，其在_方向織構化，織構係數TC (006) > 2、優選> 4且< 8， 同時，TC(012)、TC(IlO)、TC(113)、TC(202)、TC(024)和 TC(116)都< 1 且 TC(104)為第二最高織構係數，所述織構係數TC (hkl)定義為TC(MZ) = ^rif ^T1 I0(Hkl)In^l I0(Hkl)其中I (hkl) = (hkl)反射的所測量的強度，I0 (hkl)=根據JCPDS卡片46-1212號的標準強度，η=在計算中使用的反射數(8)，所使用的(hkl)反射為(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(202)、(024)和(116)。
2.根據權利要求1所述的切削工具刀片，其特徵在於TC(104)0.5。
3.根據前述權利要求中任一項所述的切削工具刀片，其特徵在於所述氧化鋁層由具有 2 12、優選4 8的長/寬比的柱狀晶粒構成。
4.根據前述權利要求中任一項所述的切削工具刀片，其特徵在於所述塗層還包括鄰近硬質合金基體的由柱狀晶粒構成的MTCVDTi (C, N)的厚度為4 12 μ m、優選5 10 μ m的第一層。
5.根據權利要求4所述的切削工具刀片，其特徵在於所述第一層包括鄰近所述基體的厚度< 3 μ m、優選為0. 1 1. 5 μ m的最裡面的細晶粒TiN層。
6.根據權利要求4或5所述的切削工具刀片，其特徵在於所述第一層後面有厚度為約 0. 1 2 μ m、優選0. 1 0. 5 μ m的細晶粒TiN層，所述細晶粒TiN層後面有厚度為0. 1 1.5^111的細晶粒11((，唚層。
7.根據權利要求4、5或6所述的切削工具刀片，其特徵在於所述第一MTCVD Ti (C，N)MTCVD Ti (C, 0， N)、MTCVD TiN, CVDTi (C, N)，CVD TiN, MTCVD Ti (C, N)、MTCVDTi (C，0，N)、MTCVDTiN、CVD Ti (C, N)或 CVD TiN 中的兩者或更多者代替。
8.根據前述權利要求中任一項所述的切削工具刀片，其特徵在於所述α-Al2O3層為最上層，且Ra值< Ι.Ομπι。
9.根據前述權利要求中任一項所述的切削工具刀片，其特徵在於在塗覆之前所述硬質合金的刃口半徑為15至50 μ m。
10.一種根據權利要求1至9所述的刀片的用途，其用於在溼態和幹態下以70 250m/ 分鐘的切削速度、0. 3 3mm的切削深度和0. 1 0. 6mm/轉的進給量車削具有40HRC至 60HRC硬度的硬化鋼和工具鋼。
全文摘要
本發明涉及用於車削硬化鋼和工具鋼的切削工具刀片。所述切削工具刀片包括塗覆有織構CVDα-Al2O3的硬質合金刀體。所述硬質合金刀體具有4.0～7.0重量％Co和0.25～0.50重量％Cr，且S-值為0.68～0.88，矯頑力(Hc)為28～38kA/m。所述α-Al2O3層的厚度為7～12μm，其由具有2～12的長/寬比的柱狀晶粒構成，且沉積在厚度為4～12μm的MTCVD Ti(C，N)層上。所述氧化鋁層的特徵在於明確的(006)生長織構。本發明的目的是提供一種切削工具刀片，其具有優良的抗變形性、耐磨性和韌性。
文檔編號C23C16/40GK102471896SQ201080033400
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月29日 優先權日2009年7月27日
發明者欣德裡克·恩斯特倫 申請人:山高刀具公司