專利名稱：包覆切削工具部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包覆切削工具部件，這種包覆切削工具部件由于其硬質(zhì)包覆層不僅具有良好的高溫硬度，而且具有更好的高溫強(qiáng)度，因此，在伴隨著產(chǎn)生高熱的高速切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的情況下，不僅能夠發(fā)揮良好的耐摩耗性，而且，即使以高進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件進(jìn)行上述切削加工，也能發(fā)揮良好的耐卷刃性。
背景技術(shù)：
以往，一般的切削工具具有在各種鋼或鑄鐵等被切削材料的車削加工或刨削加工中使用的、可自由裝卸地安裝在車刀或刀具尖端的鑲?cè)校粚?duì)上述被切削材料進(jìn)行開孔加工等使用的鉆頭或小型鉆頭；以及在上述被切削材料的端面切削加工或者切槽加工、凸緣切削加工等方面使用的實(shí)心型立銑刀等，另外，還有把上述鑲?cè)锌勺杂裳b卸地安裝在本體尖端部并與上述實(shí)心型立銑刀同樣地進(jìn)行切削加工的鑲?cè)惺搅姷豆ぞ叩龋@些都是公知的技術(shù)。
進(jìn)一步，以往，作為一般的上述切削工具，有按照下述方式構(gòu)成的包覆切削工具，即在碳化鎢(以下用WC表示)基超硬合金基體、碳氮化鈦(以下用TiCN表示)基金屬陶瓷或立方晶氮化硼(以下用c-BN表示)基燒結(jié)材料基體(以下將這些總稱為硬質(zhì)基體)的表面上，以0.5～10μm的平均層厚，形成例如Ti的氮化物(以下用TiN表示)層、Ti的碳氮化物(以下用TiCN表示)層、Ti與Al的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al)N表示)層等的硬質(zhì)覆膜，這種包覆切削工具是已知技術(shù)。另外，將這種包覆切削工具用于鋼或鑄鐵等的連續(xù)切削或斷續(xù)切削也是公知的技術(shù)。
再者，作為上述包覆切削工具的硬質(zhì)覆膜，公知的有例如(Ti，Al)N層，(Ti，Al)N層通過下述方式形成，例如特開昭62-56565號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)，使用圖2概略說明圖所表示的電弧離子鍍裝置，在例如把裝置內(nèi)用加熱器加熱到500℃溫度的狀態(tài)下，在陽極電極和設(shè)置具有與目標(biāo)覆膜組成相對(duì)應(yīng)的組成的Ti-Al合金的陰極電極(蒸發(fā)源)之間，在例如電流90A的條件下產(chǎn)生電弧放電，同時(shí)將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈱?dǎo)入裝置內(nèi)，以例如反應(yīng)氣氛為3Pa，并在硬質(zhì)基體上施加例如-200V偏壓電壓的條件下，進(jìn)行物理蒸鍍。
另外，上述以往包覆切削工具中的、在基體表面覆蓋有TiN層的包覆切削工具，在普通條件的切削加工中使用的情況下，雖然顯示出良好的壽命特性，但是，在用于高速條件的切削加工中的情況下，摩耗的進(jìn)行使這種刀具過早地達(dá)到使用壽命，而覆蓋有TiCN層或(Ti，Al)N層的包覆切削工具，特別是覆蓋有(Ti，Al)N層的包覆切削工具，由于(Ti，Al)N層的改進(jìn)的高溫硬度、耐氧化性的效果，即使在高速條件的切削加工中，也能顯示出非常出色的耐摩耗性，因而，這種(Ti，Al)N層當(dāng)前作為包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層得到了廣泛的使用，已是公知的技術(shù)。
還有，以進(jìn)一步提高上述(Ti，Al)N層的耐氧化性及高溫特性為目的，形成上述(Ti，Al)N層的公知技術(shù)有例如特開平7-310174號(hào)公報(bào)、特開平8-199338號(hào)公報(bào)、特開平9-295204號(hào)公報(bào)、特開平11-131215號(hào)公報(bào)所記載，在上述硬質(zhì)包覆層上以置換Ti和/或Al的形式含有Si、Y、Zr、V、Nb、Cr等的第3金屬的各種(Ti，Al，X)N層的物理蒸鍍法。其中，添加Si的、滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXSiY)NZC1-Z)(其中，用原子比表示x0.05～0.75、y0.01～0.1、z0.6～1)的Ti、Al與Si的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al，Si)N表示)層；或者添加有Y的、滿足分子式(TiaAlbYc)CXN1-X)(其中，用原子比表示a0.3～0.7、b0.3～0.7、c0.01～2、x0～1)的Ti、Al及Y的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al，Y)N表示)層，其耐氧化性的改善效果特別好，這也是公知的。上述耐氧化性得到進(jìn)一步改善的覆蓋有(Ti，Al，Si)N層的包覆切削工具，特別是在高硬度鋼的切削加工中發(fā)揮出比(Ti，Al)N層更好的切削性能，這也是公知的。
進(jìn)一步，作為包覆切削工具，人們提出了經(jīng)過物理蒸鍍?cè)谏鲜鲇操|(zhì)基體表面上，以1～15μm的平均層厚，形成滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.45～0.65、Y0.1～0.15)的Ti、Al與Zr的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al，Zr)N表示)層組成的硬質(zhì)包覆層而構(gòu)成的包覆切削工具，該包覆切削工具由于構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的上述(Ti，Al，Zr)N層具有良好的高溫特性(高溫硬度及耐熱性、高溫強(qiáng)度)，因此，用于伴隨發(fā)生高熱的各種鋼或鑄鐵等高速連續(xù)切削或高速斷續(xù)切削加工中，這也已經(jīng)是公知技術(shù)。
此外，上述包覆切削工具是通過下述方法制造的將上述硬質(zhì)基體裝入例如圖2概略說明圖所示的作為物理蒸鍍裝置的一種的電弧離子鍍裝置中，用加熱器將裝置內(nèi)加熱到例如400℃溫度的狀態(tài)下，在陽極電極和設(shè)置具有給定成分的Ti-Al-Zr合金的陰極電極之間，在例如電流90A的條件下產(chǎn)生電弧放電，同時(shí)將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈱?dǎo)入裝置內(nèi)，以例如反應(yīng)氣氛為2Pa，并在硬質(zhì)基體上施加例如-200V偏壓電壓的條件下，在上述硬質(zhì)基體的表面上，通過蒸鍍形成由上述(Ti，Al，Zr)N層組成的硬質(zhì)包覆層，這也是公知技術(shù)。
隨著近年來切削加工裝置高性能化的崛起，一方面對(duì)切削加工要求省力化及節(jié)能化，另一方面，迫切要求低成本化。隨之，還渴望得到下述的包覆切削工具，這種包覆切削工具，在伴隨發(fā)生高熱的高速切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的情況下，不僅能發(fā)揮良好的切削性能，而且，即使在以高進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下進(jìn)行上述切削加工的情況下，也能發(fā)揮良好的切削性能。
另一方面，目前的現(xiàn)狀是，在基體表面上覆蓋有上述(Ti，Al)N層或(Ti，Al，Si)N層或(Ti，Al，Zr)N層的包覆切削工具，雖然在高速條件的切削加工中能顯示出良好的耐摩耗性，但是，在更高的進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下進(jìn)行上述高速切削加工的情況下，很容易發(fā)生卷刃，在短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明者等從上述觀點(diǎn)出發(fā)，為了開發(fā)特別是在高速強(qiáng)力切削加工中使硬質(zhì)包覆層發(fā)揮良好的耐卷刃性的包覆切削工具，著眼于構(gòu)成上述以往的包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層，進(jìn)行了研究，結(jié)果如下(a)利用上述圖2所示的電弧離子鍍裝置形成的作為以往硬質(zhì)包覆層的(Ti，Al，Zr)N層，雖然沿著全部的厚度具有均質(zhì)的強(qiáng)度與韌性、高溫硬度與耐熱性以及高溫強(qiáng)度，但是，由于利用例如圖1A以概略平面圖、圖1B以概略正面圖所示結(jié)構(gòu)的電弧離子鍍裝置在裝置中央部設(shè)有基體安裝用旋轉(zhuǎn)臺(tái)，隔著上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)在一側(cè)配置有上述以往(Ti，Al，Zr)N層形成中作為陰極電極使用的相當(dāng)于Ti-Al-Zr合金的Al含量相對(duì)高的Ti-Al-Zr合金，在另一側(cè)配置有Al含量相對(duì)低的Ti-Al-Zr合金，無論是Al含量相對(duì)高的Ti-Al-Zr合金，還是Al含量相對(duì)低的Ti-Al-Zr合金，都可以作為陰極電極使用，且兩者對(duì)峙地配置著，在該裝置的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，在朝半徑方向上離開上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸的位置安裝硬質(zhì)基體，在這種狀態(tài)下，使裝置內(nèi)的反應(yīng)氣氛為氮?dú)鈿夥詹⑹股鲜鲂D(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)蒸鍍所形成的硬質(zhì)包覆層的層厚均勻化的目的，也讓硬質(zhì)基體本身自轉(zhuǎn)，并在上述兩側(cè)的陰極電極與陽極電極之間產(chǎn)生電弧放電的條件下形成(Ti，Al，Zr)N層，這時(shí)，在上述硬質(zhì)基體的表面上，在配置于朝半徑方向離開上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上中心軸位置的上述硬質(zhì)基體相對(duì)上述一側(cè)最接近Al含量高的Ti-Al-Zr合金的陰極電極的時(shí)候，在層中形成Al成分最高含有點(diǎn)，另外，在上述硬質(zhì)基體相對(duì)上述另一側(cè)最接近Al含量低的Ti-Al-Zr合金的陰極電極的時(shí)候，在層中形成Al成分最低含有點(diǎn)，因此，通過上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，在層中形成具有上述Al成分最高含有點(diǎn)與上述Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向以給定間隔交替反復(fù)地出現(xiàn)的同時(shí)、從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的Al含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)的(Ti，Al，Zr)N層。
(b)在上述(a)的反復(fù)、連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)的(Ti，Al，Zr)N層中，讓對(duì)峙配置的一側(cè)陰極電極的Ti-Al-Zr合金中的Al及Zr含量相當(dāng)于上述以往(Ti，Al，Zr)N層形成用Ti-Al-Zr合金中的Al及Zr含量，另一側(cè)陰極電極的Ti-Al-Zr合金中的Al含量與上述以往Ti-Al-Zr合金的Al含量相比相對(duì)低，同時(shí)，控制安裝有硬質(zhì)基體的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度；上述Al成分最高含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.45～0.65、Y0.01～0.15)；上述Al成分最低含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.15～0.40、Y0.01～0.15)；且相鄰的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的厚度方向的間隔為0.01～0.1μm時(shí)，由于一方面，上述Al成分最高含有點(diǎn)部分具有相當(dāng)于上述以往(Ti，Al，Zr)N層所具備的高溫硬度與耐熱性、強(qiáng)度與韌性以及高溫強(qiáng)度的性質(zhì)，另一方面，上述Al成分最低含有點(diǎn)部分，與上述Al成分最高含有點(diǎn)部分相比，Al含量低，相對(duì)的Ti含量高，因而，確保有更高的強(qiáng)度與韌性，而且，由于該Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔非常小，所以，層整體的特性在保持良好的高溫硬度與耐熱性、以及高溫強(qiáng)度的狀態(tài)下，具有更好的強(qiáng)度與韌性，因而，硬質(zhì)包覆層由這樣構(gòu)成的(Ti，Al，Zr)N層組成的包覆切削工具，特別是在伴隨有高機(jī)械沖擊的高進(jìn)刀量或高送進(jìn)量等強(qiáng)力切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等高速切削加工的情況下，硬質(zhì)包覆層也能發(fā)揮良好的耐卷刃性。得到以上(a)及(b)所示的研究結(jié)果。
本發(fā)明是基于上述研究結(jié)果作出的，提供一種包覆切削工具，在硬質(zhì)基體表面上，經(jīng)過物理蒸鍍，以1～15μm的整體平均層厚形成(Ti，Al，Zr)N層組成的硬質(zhì)包覆層，其特征是，上述硬質(zhì)包覆層具有沿厚度方向Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)以給定間隔交替反復(fù)地存在，而且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的Al成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；而且，上述Al成分最高含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.45～0.65、Y0.01～0.15)；上述Al成分最低含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.15～0.40、Y0.01～0.15)；且相鄰的上述Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔為0.01～0.1μm，在高速強(qiáng)力切削條件下硬質(zhì)包覆層發(fā)揮良好的耐卷刃性。
另外，本發(fā)明提供一種在硬質(zhì)基體表面上形成硬質(zhì)包覆層的方法，其特征是，在電弧離子鍍裝置內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，在朝半徑方向上離開上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸的位置可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝WC超硬合金及/或TiCN基金屬陶瓷及/或c-BN基燒結(jié)材料組成的硬質(zhì)基體，讓上述電弧離子鍍裝置內(nèi)的反應(yīng)氣氛為氮?dú)鈿夥?，讓夾著上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)峙配置的Al成分最高含有點(diǎn)形成用的Ti-Al-Zr合金的陰極電極及Al成分最低含有點(diǎn)形成用的Ti-Al-Zr合金的陰極電極和與這些陰極電極并列設(shè)置的各個(gè)陽極電極之間產(chǎn)生電弧放電，并且，在上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的上述硬質(zhì)基體表面上，通過物理蒸鍍，以1～15μm的整體平均層厚，形成由(Ti，A1，Zr)N組成的硬質(zhì)包覆層，該硬質(zhì)包覆層具有沿厚度方向使Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)以給定間隔交替反復(fù)地出現(xiàn)、且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的Al含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，并且，該硬質(zhì)包覆層中上述Al成分最高含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.45～0.65、Y0.01～0.15)，上述Al成分最低含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X0.15～0.40、Y0.01～0.15)；且相鄰的上述Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔為0.01～0.1μm，上述硬質(zhì)包覆層在高速強(qiáng)力切削條件下發(fā)揮良好的耐卷刃性。
接著，說明本發(fā)明的包覆切削工具中，構(gòu)成上述形式的硬質(zhì)包覆層的構(gòu)成限定在通過上文所描述內(nèi)容的理由。
(A)Al成分最高含有點(diǎn)的組成Al成分最高含有點(diǎn)的(Ti，Al，Zr)N中的Ti成分，有提高強(qiáng)度與韌性的作用，其中的Al成分有提高高溫硬度與耐熱性的作用，因此，如果Al成分的含有比例越高，就越能提高高溫硬度與耐熱性，適應(yīng)于伴隨發(fā)生高熱的高速切削，然而，表示Al含有比例的X值超過占Ti與Zr總量的比例(原子比)的0.65時(shí)，具有高強(qiáng)度與韌性的Al成分最低含有點(diǎn)即使鄰接地出現(xiàn)，也無法避免層本身強(qiáng)度與韌性的降低，結(jié)果，很容易發(fā)生卷刃等，另一方面，X值不滿0.45時(shí)，要保證給定的高溫硬度與耐熱性是困難的，因而，將X值定為0.45～0.65。
進(jìn)一步，Zr成分雖然有提高高溫強(qiáng)度的作用，但是，表示Zr比例的Y值不滿占Al與Ti總量的比例(原子比)的0.01時(shí)，就得不到所希望的高溫強(qiáng)度的提高效果，另外，如果該Y值超過0.15時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高溫硬度與耐熱性降低的傾向，因此將該Y值定為0.01～0.15。
(B)Al成分最低含有點(diǎn)的組成上述的Al成分最高含有點(diǎn)具有給定的高溫硬度與耐熱性以及高溫強(qiáng)度，但相反，在伴隨高機(jī)械沖擊的高進(jìn)刀量或高送進(jìn)量等的強(qiáng)力切削條件下的高速切削加工中，不可避免地會(huì)發(fā)生強(qiáng)度與韌性的不足，以補(bǔ)充該Al成分最高含有點(diǎn)的強(qiáng)度與韌性的不足為目的，是提高Ti含有比例，另一方面，降低Al含量。借此，使具有更高強(qiáng)度與韌性的Al成分最低含有點(diǎn)在厚度方向上交替地存在，因而，如果表示Al比例的X值超過占Ti與Zr成分總量的比例(原子比)的0.40時(shí)，不能確保所希望的良好的強(qiáng)度與韌性，另一方面，如果該X值不滿0.15時(shí)，不能確保給定的高溫硬度與耐熱性，因此，即使高溫硬度與耐熱性良好的Al成分最高含有點(diǎn)鄰接地存在，也會(huì)促進(jìn)層本身的摩耗，所以，將Al成分最低含有點(diǎn)的表示Al比例的X值確定為0.15～0.40。
進(jìn)一步，Al成分最低含有點(diǎn)中的Zr成分也能提高上述的高溫強(qiáng)度，而且，也具有適應(yīng)于伴隨發(fā)生高熱的高速切削之目的，因此，Y值不滿0.01時(shí)，得不到所希望的高溫強(qiáng)度的提高效果，如果該Y值超過0.15時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高溫硬度與耐熱性降低的傾向，這也是摩耗產(chǎn)生的原因，因此將該Y值確定為0.01～0.15。
(C)Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔該間隔不滿0.1μm時(shí)，各個(gè)點(diǎn)以上述組成明確地形成比較困難，結(jié)果，在層中確保了給定的高溫硬度與耐熱性以及高溫強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，將不能確保更高的強(qiáng)度與韌性，另外，如果該間隔超過0.1μm，強(qiáng)力切削條件下的高速切削加工中分別存在這樣的缺點(diǎn)，即如果是Al成分最高含有點(diǎn)，層內(nèi)局部會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度與韌性不足，如果是Al成分最低含有點(diǎn)，層內(nèi)局部出現(xiàn)高溫硬度與耐熱性不足，因此易產(chǎn)生卷刃，促使摩耗的繼續(xù)，所以將該間隔確定為0.01～0.1μm。
(D)硬質(zhì)包覆層的整體平均層厚該層厚不滿1μm時(shí)，不能確保所希望的耐摩耗性，另一方面，如果該平均層厚超過15μm時(shí)，容易發(fā)生卷刃，因此將該平均層厚確定為1～15μm。
進(jìn)一步，本發(fā)明者等從上述觀點(diǎn)出發(fā)，為了開發(fā)出硬質(zhì)包覆層具備更好的高溫硬度以及高溫強(qiáng)度，特別在高速負(fù)載切削加工中發(fā)揮出良好的耐摩耗性及耐缺損性的包覆切削工具進(jìn)行了研究，結(jié)果如下(c)在構(gòu)成上述以往的包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的(Ti，Al)N上，用含有作為必要元素的Zr、作為選擇元素的Y、Ce的一種以上元素、并從以分子式(Ti1-(a+b+c)AlaZrbMc)N(其中，M表示Y、Ce的一種以上，各元素構(gòu)成比率a、b、c用原子比表示a0.05～0.6、b0.002～0.1、c0.0005～0.05)所表示的Ti、Al、Zr、Y及Ce中選擇出的一種以上的復(fù)合氮化物(以下用(Ti，Al，Zr，M)N表示)，構(gòu)成硬質(zhì)包覆層時(shí)，該結(jié)果的包覆切削工具，上述(Ti，Al，Zr，M)N與上述(Ti，Al)N層或(Ti，Al、Si)N層相比較，不僅能發(fā)揮良好的耐氧化性，而且具有更高的高溫硬度，因此，硬質(zhì)包覆層由該構(gòu)成的(Ti，Al，Zr，M)N層組成的包覆切削工具，特別是在高速條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的情況下，能發(fā)揮更好的耐摩耗性。
(d)上述(Ti，Al、Si)N層或(Ti，Al、Y)N層的耐氧化性提高的原因在于，與由于覆膜表面氧化而在覆膜表面所生成的氧化膜是熱穩(wěn)定的且致密的，所以，抑制氧擴(kuò)散的間接的耐氧化性的提高是不同的，上述(Ti，Al，Zr，M)N層的良好的耐氧化性是包括覆膜表面在內(nèi)的覆膜不易被氧化的直接的耐氧化的提高實(shí)現(xiàn)的。換句話說，就可以將表面部分長期維持在硬質(zhì)且耐氧化性優(yōu)良的健全狀態(tài)下。
(e)象上述(Ti，Al，Zr，M)N層那樣同時(shí)具有非常優(yōu)良的耐氧化性及極高的高溫硬度不僅在硬質(zhì)包覆層為氮化物的情況下是可能的，而且在硬質(zhì)包覆層為碳氮化物的情況下也是可能的，但是，在這種情況下，特別是在斷續(xù)切削中，為了維持最低限度必要的耐氧化性，需要氮原子比率在60％以上，也就是說，必須滿足(Ti1-(a+b+c)AlaZrbMc)N1-dCd(其中，各元素構(gòu)成比率a、b、c及d用原子比表示a0.05～0.60、b0.002～0.1、c0.0005～0.05、d0～0.4)。
(f)在保持作為采用上述(b)成分濃度分布結(jié)構(gòu)的層整體特性的、良好的高溫硬度與耐熱性以及高溫強(qiáng)度的狀態(tài)下、具有更高的強(qiáng)度與韌性的硬質(zhì)被覆層的形成，在包括相對(duì)于含有Ti與Al的金屬元素總量的原子比Zr為0.02～0.1、Y、Ce的一種以上為0.0005～0.05的硬質(zhì)包覆層中也是可行的，在具有該成分濃度分布結(jié)構(gòu)的(Ti，Al，Zr，M)N層(其中，M表示Y、Ce的一種以上)的形成中，讓作為對(duì)峙配置的一側(cè)陰極電極的Ti-Al-Zr-M合金中的Al含量相對(duì)高一些，讓作為另一側(cè)陰極電極的Ti-Al-Zr-M合金中的Al含量相對(duì)低一些，同時(shí)，控制安裝有硬質(zhì)基體的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度；上述Al成分最高含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(a+b+c)AlaZrbMc)N(其中，各元素構(gòu)成比率a、b、c用原子比表示a0.40～0.60、b0.002～0.1、c0.0005～0.05)；上述Al成分最低含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(a+b+c)AlaZrbMc)N(其中，各元素構(gòu)成比率a、b、c用原子比表示a0.05～0.25、b0.002～0.1、c0.0005～0.05)；且相鄰的上述Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的厚度方向的間隔為0.01～0.1μm時(shí)，由于一方面，在上述Al成分最高含有點(diǎn)部分能確保良好的高溫硬度與耐氧化性，另一方面，在上述Al成分最低含有點(diǎn)部分，能確保更高的強(qiáng)度與韌性，且這些Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔非常小，所以，層整體的特性在保持良好的高溫硬度與耐氧化性的狀態(tài)下，具有更好的強(qiáng)度與韌性，進(jìn)而，硬質(zhì)包覆層由這樣的成分濃度分布結(jié)構(gòu)(Ti，Al，Zr，M)N層組成的包覆切削工具，特別是在高速高負(fù)載切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等切削加工的情況下，硬質(zhì)包覆層也能發(fā)揮良好的耐摩耗性及耐缺損性。得到以上(a)到(f)所示的研究結(jié)果。
本發(fā)明是基于上述研究結(jié)果作出的，提供一種包覆切削工具，其特征是，在硬質(zhì)基體表面上經(jīng)過物理蒸鍍以1～10μm的平均層厚形成的硬質(zhì)包覆層，由以分子式(Ti1-(a+b+c)AlaZrbMc)N(其中，M表示Y、Ce的一種以上，各元素構(gòu)成比率a、b、c用原子比表示a0.05～0.60、b0.002～0.1、c0.0005～0.05)所表示的(Ti，Al，Zr，M)N層構(gòu)成，硬質(zhì)包覆層具有極高的覆膜硬度，能發(fā)揮良好的耐摩耗性；進(jìn)一步，上述硬質(zhì)包覆層具有沿厚度方向Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)以給定間隔交替反復(fù)地存在、而且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的Al成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；還有，上述Al成分最高含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(a+b+c)AlaZrbMc)N(其中，各元素構(gòu)成比率a、b、c用原子比表示a0.40～0.60、b0.002～0.1、c0.0005～0.05)，上述Al成分最低含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(a+b+c)AlaZrbMc)N(其中，各元素構(gòu)成比率a、b、c用原子比表示a0.05～0.25、b0.002～0.1、c0.0005～0.05)，且相鄰的上述Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔為0.01～0.1μm，即使在高速高負(fù)載條件下的切削加工中，硬質(zhì)包覆層也能發(fā)揮良好的耐卷刃性。
接著，說明如上所述地限定構(gòu)成本發(fā)明的包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的(Ti，Al，Zr，M)N的結(jié)構(gòu)的理由。
(E)覆膜成分組成在上述(Ti，Al，Zr，M)N中，作為主構(gòu)成成分的Ti與Al在相互共存的狀態(tài)下發(fā)揮著有助于提高覆膜高溫硬度與耐氧化性的作用，但是，如果覆膜中的Al成分不滿0.30，高溫硬度與耐氧化性都開始降低。在這種情況下，如果共存地含有Y和/或Ce成分，就可能賦予良好的高溫硬度，而且，耐氧化性的降低通過共存地含有Zr成分也能得到抑制。但是，Al成分不滿0.05時(shí)，雖然能夠維持有助于Y和/或Ce成分共存地含有所帶來的高溫硬度的提高，但是，即使采用了Zr成分的共存地含有的方法，也不能確保所希望的耐氧化性。另一方面，如果Al成分超過0.60，Y和/或Ce的共存效果會(huì)使覆膜組織晶界密度過分地變高，促使從晶粒邊界繼續(xù)氧化，因而，Al的比例選擇0.05～0.60，最好是0.30～0.50。
此外，作為該構(gòu)成成分的Zr，在以對(duì)應(yīng)于Al成分存在比率的比例共存的狀態(tài)下，可防止覆膜氧化，而且能避免硬質(zhì)包覆層表面的氧化引起的功能的降低，可以發(fā)揮長期維持良好的耐摩耗性的作用，然而，如果其比例不滿0.002，就得不到所希望的耐氧化性提高的效果，另一方面，Zr氮化物自身由于高溫硬度并不高，所以，其比例相對(duì)于金屬元素總量的原子比超過0.1而變高時(shí)，層本身的高溫硬度會(huì)降低，要想保持高速切削加工所要求的高溫硬度是困難的，不能維持因Ti、Al及Y和/或Ce所具備的良好的耐摩耗性，因此，將Zr的比例確定為0.002～0.1，最好是0.005～0.05。
再者，含有該構(gòu)成成分的Y和/或Ce，在以給定比率和Ti及Al成分共存的狀態(tài)下，能夠達(dá)到提高(Ti，Al，Zr)N層的高溫硬度的目的，但是，如果Y和/或Ce的比例不滿0.0005，就得不到所希望的高溫硬度提高的效果，另一方面，Y和/或Ce氮化物自身由于高溫硬度并不高，所以，其比例相對(duì)于金屬元素總量的原子比超過0.05而變高時(shí)，作為(Ti，Al，Zr，M)N層的高溫硬度會(huì)降低，要想保持高速切削加工所要求的高溫硬度是困難的，結(jié)果促進(jìn)了摩耗，因此，將Y和/或Ce的比例確定為0.0005～0.05，最好是0.001～0.02。
(F)Al成分最高含有點(diǎn)的組成成分濃度分布結(jié)構(gòu)覆膜的Al成分最高含有點(diǎn)的(Ti，Al，Zr，M)N中的Ti成分有提高強(qiáng)度與韌性的作用，其Al成分在與Ti成分共存的狀態(tài)下，有提高覆膜高溫硬度與耐氧化性的作用，因此，Al成分的含有比例越高，就越能提高高溫硬度與耐氧化性，適應(yīng)于伴隨發(fā)生高熱的高速強(qiáng)力切削，然而，如前面所示，如果表示Al的含有比例的a值超過所占金屬元素的比例(原子比)的0.60時(shí)，Y和/或Ce的共存效果會(huì)使覆膜組織的晶界密度過分地變高，促使從晶粒邊界繼續(xù)氧化，另一方面，考慮到既要有良好的高強(qiáng)度與韌性、又要使高溫硬度與耐氧化性相對(duì)低一些的與Al成分最低含有點(diǎn)的共存，有必要給Al成分最高含有點(diǎn)賦予特別良好的高溫硬度與耐氧化性，因此，將a值定為0.40～0.60。
(G)Al成分最低含有點(diǎn)的組成通過上文所述，Al成分最高含有點(diǎn)雖然具有給定的高溫硬度與耐氧化性，但是，相反，在伴隨高機(jī)械沖擊的高進(jìn)刀量或高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下的高速切削加工中，不可避免地會(huì)發(fā)生強(qiáng)度與韌性的不足，以補(bǔ)充該Al成分最高含有點(diǎn)的強(qiáng)度與韌性為目的，是提高Ti含有比例，另一方面，降低Al含量，借此，使具有更好的強(qiáng)度與韌性的Al成分最低含有點(diǎn)在厚度方向上交替地存在，因而，如果表示Al比例的a值超過所占金屬元素總量的比例(原子比)的0.25時(shí)，不能確保所希望的良好的強(qiáng)度與韌性，另一方面，如果該a值不滿0.05時(shí)，即使在與Zr及Y和/或Ce的共存下，高溫硬度與耐氧化性也會(huì)急劇地下降，因此，即使高溫硬度與耐氧化性非常良好的Al成分最高含有點(diǎn)鄰接地存在，也會(huì)促進(jìn)層本身的摩耗，因此，將表示Al成分最低含有點(diǎn)的Al比例的X值確定為0.05～0.25。
(H)Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔該間隔不滿0.01μm時(shí)，各個(gè)點(diǎn)以上述組成明確地形成比較困難，結(jié)果，在層中確保了給定的高溫硬度與耐氧化性的基礎(chǔ)上，將不能確保更好的強(qiáng)度與韌性，另外，如果該間隔超過0.1μm，高負(fù)載切削條件下的高速切削加工中分別存在這樣的缺點(diǎn)，即如果是Al成分最高含有點(diǎn)，層內(nèi)局部會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度與韌性不足，如果是Al成分最低含有點(diǎn)，層內(nèi)局部出現(xiàn)耐氧化性與高溫硬度不足，這也是易產(chǎn)生卷刃、促使摩耗的繼續(xù)原因，因此將該間隔確定為0.01～0.1μm。
(I)硬質(zhì)包覆層的整體平均層厚該層厚不滿1μm時(shí)，不能確保所希望的耐摩耗性，另一方面，如果該平均層厚超過10μm時(shí)，容易發(fā)生卷刃，因此將該平均層厚確定為1～10μm。
圖1A、1B示出了用于形成構(gòu)成本發(fā)明包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的電弧離子鍍裝置，圖1A是概略的平面圖，圖1B是概略的正面圖。
圖2是用于形成構(gòu)成以往包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的普通的電弧離子鍍裝置的概略說明圖。
具體實(shí)施例方式
接著，通過實(shí)施例，具體地說明本發(fā)明的包覆切削工具。
實(shí)施例1作為原料粉末，預(yù)備任何一種具有1～3μm平均粒徑的WC粉末，TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C3粉末及Co粉末，將這些原料粉末按照表1所示的配合組成配合，用球磨機(jī)以48小時(shí)濕式混合，干燥后，在100MPa壓力下，擠壓成形為壓粉體，將該壓粉體在6Pa的真空中，在溫度1420℃、保持1小時(shí)的條件下燒結(jié)，燒結(jié)后，對(duì)刀刃部分施以R0.03研磨加工，形成具有ISO規(guī)格·CNMG120412鑲?cè)行螤畹腤C基超硬合金制的硬質(zhì)基體A-1～A-10。
另外，作為原料粉末，預(yù)備任何一種具有0.5～2μm平均粒徑的TiCN(重量比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，將這些原料粉末按照表2所示的配合組成配合，用球磨機(jī)以72小時(shí)濕式混合，干燥后，在100MPa壓力下，擠壓成形為壓粉體，將該壓粉體在2kPa的氮?dú)鈿夥罩?，在溫?520℃、保持1小時(shí)的條件下燒結(jié)，燒結(jié)后，對(duì)刀刃部分施以R0.03研磨加工，形成具有ISO規(guī)格·CNMG120412鑲?cè)行螤畹腡iCN系金屬陶瓷制的硬質(zhì)基體B-1～B-6。
接著，將上述A-1～A-10及B-1～B-6分別在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，在圖1A、圖1B所示的電弧離子鍍裝置內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上沿著外周部的位置安裝，將作為一側(cè)的陰極電極(蒸發(fā)源)的具有各種成分組成的Al成分最高含有點(diǎn)形成用Ti-Al-Zr合金和作為另一側(cè)陰極電極的Al成分最低含有點(diǎn)形成用Ti-Al-Zr合金夾著上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)峙地配置著，另外，也設(shè)置有轟擊洗滌用金屬Ti，首先，將裝置內(nèi)排氣，保持0.5Pa以下的真空，同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱到500℃后，對(duì)一邊在上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體施加-1000V的直流偏壓電壓，而且，讓電流在陰極電極的上述金屬Ti與陽極電極之間以100A的電流流過，產(chǎn)生電弧放電，因此，對(duì)硬質(zhì)基體表面進(jìn)行Ti轟擊洗滌，接著，將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈿怏w導(dǎo)入裝置內(nèi)，使其成為3Pa的反應(yīng)氣氛，同時(shí)，對(duì)一邊在上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體施加-30V的直流偏壓電壓，使150A的電流分別經(jīng)過陰極電極(上述Al成分最高含有點(diǎn)形成用Ti-Al-Zr合金及Al成分最低含有點(diǎn)形成用Ti-Al-Zr合金)與陽極電極之間流動(dòng)，產(chǎn)生電弧放電，并且，通過蒸鍍，在上述硬質(zhì)基體表面上形成具有表3、4所示的目標(biāo)組成的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向交替地相同、且以表3、4所示的目標(biāo)間隔反復(fù)存在、而且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；而且為表3、4所示的目標(biāo)整體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此，分別制造出成為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制鑲?cè)?以下稱作本發(fā)明包覆鑲?cè)?的1A～10A、1B～6B。
另外，以比較為目的，分別把該硬質(zhì)基體A-1～A-10及B-1～B-6在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，分別裝入圖2所示普通的電弧離子鍍裝置中，并且設(shè)置有作為陰極電極的各種成分組成的Ti-Al-Zr合金，另外，也設(shè)置有轟擊洗滌用金屬Ti，首先，將裝置內(nèi)排氣，保持0.5Pa以下的真空，同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱到400℃后，對(duì)上述硬質(zhì)基體施加-1000V的直流偏壓電壓，而且，讓電流在陰極電極的上述金屬Ti與陽極電極之間以90A的電流流過，產(chǎn)生電弧放電，因此，對(duì)硬質(zhì)基體表面進(jìn)行Ti轟擊洗滌，接著，將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈿怏w導(dǎo)入裝置內(nèi)，使其成為2Pa的反應(yīng)氣氛，同時(shí)，把對(duì)上述硬質(zhì)基體施加的偏壓電壓降到-200V，在上述陰極電極與陽極電極之間產(chǎn)生電弧放電，而且，在上述硬質(zhì)基體A-1～A-10及B-1～B-6各自的表面上，通過蒸鍍，形成具有表5、6所示的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚且組成沿厚度方向?qū)嵸|(zhì)上不變化的(Ti、Al、Zr)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此，分別制造出作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制鑲?cè)?以下稱作以往包覆鑲?cè)?1a～10a、1b～6b。
接著，對(duì)于上述本發(fā)明包覆鑲?cè)?A～10A、1B～6B以及以往包覆鑲?cè)?a～10a、1b～6b，用工具鋼制成的車刀的尖端部，并用固定工具在螺紋緊固的狀態(tài)下，并按照下述條件對(duì)其進(jìn)行合金鋼的干式連續(xù)高速高進(jìn)刀量的切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SNCM439圓桿切削速度300m/min
進(jìn)刀量5.5mm送進(jìn)量0.15mm/rev切削時(shí)間5分另外，還按照下述條件對(duì)其進(jìn)行合金鋼的干式斷續(xù)高速高進(jìn)刀量切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SCM440的長度方向上等間隔地加有4根縱槽的圓桿切削速度300m/min進(jìn)刀量1.6mm送進(jìn)量0.5mm/rev切削時(shí)間5分鐘再者，還按照下述條件對(duì)其進(jìn)行鑄鐵的干式連續(xù)高速高進(jìn)刀量切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·FC300的圓桿切削速度320m/min進(jìn)刀量5.5mm送刀量0.15mm/rev對(duì)于任何一種切削加工試驗(yàn)，都測(cè)定其刀刃的后隙面摩耗寬度，將該測(cè)定結(jié)果在表7中示出。
(表中，壽命源于刀刃處產(chǎn)生了卷刃)實(shí)施例2作為原料粉末，預(yù)備具有平均粒徑5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒徑0.8μm的微粒WC粉末、平均粒徑1.3μm的TaC粉末、平均粒徑1.2μm的NbC粉末、平均粒徑1.2μm的ZrC粉末、平均粒徑2.3μm的Cr3C3粉末、平均粒徑1.5μm的VC粉末、平均粒徑1.0μm的(Ti，W)C粉末以及平均粒徑1.8μm的Co粉末，將這些原料粉末分別按照表8所示的配合組成配合，進(jìn)一步加石蠟，在丙酮中用球磨機(jī)以50小時(shí)混合，減壓干燥后，在100MPa壓力下，擠壓成形為給定形狀的各種壓粉體，將該壓粉體在6Pa的真空氣氛中，以7℃/分的升溫速度升溫到1370～1470℃的范圍內(nèi)的給定溫度，在該溫度下保持1小時(shí)后，在爐冷的條件下燒結(jié)，形成直徑8mm、13mm及26mm的三種硬質(zhì)基體形成用圓桿燒結(jié)體，進(jìn)一步，經(jīng)過磨削加工，并按照表8所示的組合，從上述三種圓桿燒結(jié)體中分別制造出刀刃部的直徑×長度為6mm×13mm、10mm×22mm及20mm×45mm，并且螺旋角為30度的4枚刃四邊形狀的硬質(zhì)基體(立銑刀)C-1～C-8。
接著，將上述硬質(zhì)基體(立銑刀)C-1～C-8在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，同樣地，裝入圖1A、圖1B所示的電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例1相同的條件下，進(jìn)行蒸鍍，形成具有表9所示的目標(biāo)組成的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向交替地相同、且以表9所示的目標(biāo)間隔反復(fù)存在、而且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的Al成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；并為該表9所示的目標(biāo)整體層厚的硬質(zhì)包覆層，借此，分別制造出本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制立銑刀(以下稱作本發(fā)明包覆立銑刀)的1C～8C。
另外，以比較為目的，把上述硬質(zhì)基體(立銑刀)C-1～C-8在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，同樣地裝入圖2所示普通的電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例1相同的條件下，進(jìn)行蒸鍍，形成具有表10所示的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚且組成沿厚度方向?qū)嵸|(zhì)上不變化的(Ti、Al、Zr)N層組成的硬質(zhì)包覆層，由此，分別制造出作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制立銑刀(以下稱作以往包覆立銑刀)1c～8c。
接著，對(duì)于上述本發(fā)明包覆立銑刀1C～8C以及以往包覆立銑刀1c～8c中的本發(fā)明包覆立銑刀1C～3C及以往包覆立銑刀1c～3c，并按照下述條件對(duì)其進(jìn)行鑄鐵的濕式高速高進(jìn)刀量側(cè)面切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FC300的板材切削速度320m/min軸向進(jìn)刀量10mm徑向進(jìn)刀量18mm旋轉(zhuǎn)臺(tái)送進(jìn)量210mm/分另外，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆立銑刀4C～6C及以往包覆立銑刀4c～6c，進(jìn)行合金鋼的濕式高速高進(jìn)刀量側(cè)面切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SCM440的板材切削速度300m/min軸向進(jìn)刀量18mm徑向進(jìn)刀量3mm旋轉(zhuǎn)臺(tái)送進(jìn)量195mm/分再者，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆立銑刀7C、8C及以往包覆立銑刀7c、8c，進(jìn)行合金鋼的濕式高速高進(jìn)刀量側(cè)面切削加工試驗(yàn)，其中的條件是
被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SNCM439的板材切削速度290m/min軸向進(jìn)刀量40mm徑向進(jìn)刀量6mm旋轉(zhuǎn)臺(tái)送進(jìn)量100mm/分對(duì)于任何一種濕式側(cè)面切削加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，都測(cè)定其刀刃部的外周刀刃后隙面摩耗寬度至變?yōu)槭褂脡勖繕?biāo)的0.1mm的切削長度，將其測(cè)定結(jié)果在表9、表10中分別示出。
(表中，壽命源于刀刃處產(chǎn)生卷刃)
實(shí)施例3利用上述實(shí)施例2制造的直徑為8mm(硬質(zhì)基體C-1～C-3形成用)、直徑為13mm(硬質(zhì)基體C-4～C-6形成用)及直徑為26mm(硬質(zhì)基體C-7、C-8形成用)的三種圓桿燒結(jié)體，并通過磨削加工，從上述三種圓桿燒結(jié)體中分別制造出槽形成部的直徑×長度分別為4mm×13mm(硬質(zhì)基體D-1～D-3)、8mm×22mm(硬質(zhì)基體D-4～D-6)及16mm×45mm(硬質(zhì)基體D-7、D-8)的尺寸、并且任何一個(gè)的螺旋角為30度的2枚刃形狀的硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8。
接著，對(duì)上述硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8的刀刃進(jìn)行研磨，在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，同樣地，裝入圖1A、圖1B所示的電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行蒸鍍，形成具有表11所示的目標(biāo)組成的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向交替地相同、且以表11所示的目標(biāo)間隔反復(fù)存在、而且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的Al成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；并為該表11所示的目標(biāo)整體層厚的硬質(zhì)包覆層，由此，分別制造出成為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆超硬合金制鉆頭(以下稱作本發(fā)明包覆鉆頭)的1D～8D。
另外，以比較為目的，把上述硬質(zhì)基體(鉆頭)D-1～D-8的刀刃進(jìn)行研磨，在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，同樣地裝入圖2所示的普通的電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行蒸鍍，形成具有表12所示的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚且組成沿厚度方向?qū)嵸|(zhì)上不變化的(Ti、Al、Zr)N層組成的硬質(zhì)包覆層，借此，分別制造出作為以往包覆切削工具的以往表面包覆超硬合金制鉆頭(以下稱作以往包覆鉆頭)1d～8d。
接著，對(duì)于上述本發(fā)明包覆鉆頭1D～8D以及以往包覆鉆頭1d～8d中的本發(fā)明包覆鉆頭1D～3D及以往包覆鉆頭1d～3d，按照下述條件對(duì)其進(jìn)行鑄鐵的濕式高速高送進(jìn)量的鉆孔切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FC300的板材切削速度200m/min
送進(jìn)量0.5mm/rev孔深度10mm另外，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆鉆頭4D～6D及以往包覆鉆頭4d～6d，進(jìn)行合金鋼的濕式高速高送進(jìn)量的鉆孔切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SCM440的板材切削速度175m/min送進(jìn)量0.4mm/rev孔深度1.5mm另外，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆鉆頭7D、8D及以往包覆鉆頭7d、8d，進(jìn)行合金鋼的濕式高速高送進(jìn)量的鉆孔切削加工試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SNCM439的板材切削速度175m/min送進(jìn)量0.5mm/rev孔深度30mm對(duì)于任何一種濕式高速鉆孔切削加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，都測(cè)定其尖端刀刃后隙面摩耗寬度至0.3mm的鉆孔加工數(shù)量，將其測(cè)定結(jié)果在表11、表12中分別示出。
(表中，壽命源于刀刃處所產(chǎn)生的卷刃)利用俄歇分光分析裝置，對(duì)于上述結(jié)果所得到的構(gòu)成作為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明包覆鑲?cè)?A～10A、1B～6B、本發(fā)明包覆立銑刀1C～8C及本發(fā)明包覆鉆頭1D～8D的硬質(zhì)包覆層中的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的組成；以及作為以往包覆切削工具的以往包覆鑲?cè)?a～10a、1b～6b、以往包覆立銑刀1c～8c及以往包覆鉆頭1d～8d的硬質(zhì)包覆層的組成進(jìn)行測(cè)定時(shí)，顯示出與各個(gè)目標(biāo)組成基本相同的組成。
另外，用掃描型電子顯微鏡，對(duì)本發(fā)明包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層中的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)之間的間隔、其整體層厚以及以往包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層的厚度進(jìn)行斷面測(cè)定時(shí)，任何一種都顯示出與目標(biāo)值基本相同的值。
從表3～12所示的結(jié)果可以看出，硬質(zhì)包覆層具有有給定的高溫硬度、耐熱性以及高溫強(qiáng)度的Al成分最高含有點(diǎn)和相對(duì)地有更好的強(qiáng)度與韌性的Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向且隔開給定間隔反復(fù)交替地存在、而且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的Al成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)的本發(fā)明包覆切削工具，即使在伴隨高機(jī)械沖擊的高進(jìn)刀量或高送進(jìn)量等強(qiáng)力切削條件下進(jìn)行任意的各種鋼或鑄鐵等高速切削加工的情況下，硬質(zhì)包覆層也能發(fā)揮出良好的耐卷刃性，與此相比，硬質(zhì)包覆層組成沿厚度方向基本上沒有變化的(Ti，Al，Zr，)N層組成的以往包覆切削工具，由于在強(qiáng)力切削條件下的高速切削加工中上述硬質(zhì)包覆層的強(qiáng)度及韌性不足的原因，會(huì)發(fā)生卷刃，顯然，因此也導(dǎo)致了在比較短的時(shí)間就到達(dá)了使用壽命。
實(shí)施例4作為原料粉末，預(yù)備任何一種具有1～3μm平均粒徑的WC粉末，TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末及Co粉末，將這些原料粉末按照表13所示的配合組成配合，用球磨機(jī)以48小時(shí)濕式混合，干燥后，在100MPa壓力下，擠壓成形為壓粉體，將該壓粉體在6Pa的真空中，在溫度1420℃、保持1小時(shí)的條件下燒結(jié)，燒結(jié)后，對(duì)刀刃部分施以R0.05研磨加工，形成具有ISO規(guī)格·CNMG120412鑲?cè)行螤畹腤C基超硬合金制的硬質(zhì)基體E-1～E-10。
另外，作為原料粉末，預(yù)備任何一種具有0.5～2μm平均粒徑的TiCN(重量比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，將這些原料粉末按照表14所示的配合組成配合，用球磨機(jī)以72小時(shí)濕式混合，干燥后，在100MPa壓力下，擠壓成形為壓粉體，將該壓粉體在2kPa的氮?dú)鈿夥罩?，在溫?520℃、保持1小時(shí)的條件下燒結(jié)，燒結(jié)后，對(duì)刀刃部分施以R0.05研磨加工，形成具有ISO規(guī)格·CNMG120412鑲?cè)行螤畹腡iCN系金屬陶瓷制的硬質(zhì)基體F-1～F-6。
另外，作為原料粉末，預(yù)備任何一種具有0.5～4μm范圍內(nèi)的平均粒徑的立方晶氮化硼(以下用c-BN表示)粉末、碳化鈦(以下用TiC表示)粉末、氮化鈦(以下用TiN表示)粉末、碳氮化鈦(以下用TiCN表示)粉末、碳化鎢(以下用WC表示)粉末、Al粉末、Ti與Al金屬間化合物粉末的Ti3Al粉末與TiAl3粉末、以及氧化鋁(用Al2O3表示)粉末，將這些原料粉末按照表15所示的配合組成配合，用球磨機(jī)以72小時(shí)濕式混合，干燥后，在100MPa壓力下，擠壓成形為具有直徑50mm×厚度1.5mm的尺寸的壓粉體，接著，將該壓粉體在壓力1Pa的真空氣氛中，在溫度900～1300℃范圍的給定溫度下保持30分鐘的條件下燒結(jié)，使其成為刀刃片用預(yù)備燒結(jié)體，把該預(yù)備燒結(jié)體在與為另外預(yù)備的Co8質(zhì)量％、其余組成為WC且有直徑50mm×厚度2mm的尺寸的WC基超硬合金制支持片重合的狀態(tài)下，裝入普通的超高壓燒結(jié)裝置內(nèi)，在普通條件下的壓力5Gpa、溫度1200～1400℃范圍內(nèi)的給定溫度下且保持時(shí)間0.5小時(shí)的條件下，進(jìn)行超高壓燒結(jié)，用金剛石磨石對(duì)燒結(jié)后的上下面研磨，用金屬絲放電加工裝置將其分割為邊長3mm的正三角形，進(jìn)一步用具有質(zhì)量％為Cu30％、Zn28％、Ni2％、其余是Ag組成的成分的Ag合金釬料，在具有Co5質(zhì)量％、TaC5質(zhì)量％、其余是WC的組成及CIS規(guī)格TNGA160408形狀(厚度4.76mm×邊長16mm的正三角形)的WC基超硬合金制鑲?cè)斜倔w的釬焊部(拐角部)進(jìn)行釬焊，并對(duì)其進(jìn)行精加工研磨，形成c-BN基基燒結(jié)材料制的硬質(zhì)基體G-1～G-6。
接著，分別將上述硬質(zhì)基體E-1～E-10、F-1～F-6及G-1～G-6在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，裝入在圖2所示的普通的電弧離子鍍裝置內(nèi)，另一方面，作為陰極電極(蒸發(fā)源)，安裝具有對(duì)應(yīng)于硬質(zhì)包覆層目標(biāo)的各種成分組成的Ti-Al-Zr-Y合金、Ti-Al-Zr-Ce合金及轟擊洗滌用金屬Ti。首先，對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行排氣，保持0.5Pa以下的真空，同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱到700℃后，對(duì)上述硬質(zhì)基體施加-1000V的直流偏壓電壓，而且，讓電流在上述金屬Ti的陰極電極的與陽極電極之間以100A的電流流過，產(chǎn)生電弧放電，因此，對(duì)硬質(zhì)基體表面進(jìn)行Ti轟擊洗滌。接著，將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈿怏w導(dǎo)入裝置內(nèi)，使其成為2Pa的反應(yīng)氣氛，同時(shí)，使施加到上述硬質(zhì)基體的偏壓電壓下降為-50V，使150A的電流經(jīng)過上述陰極電極與陽極電極之間流動(dòng)，產(chǎn)生電弧放電，因此，在上述硬質(zhì)基體的各個(gè)表面上形成具有表16所示金屬元素的目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的復(fù)合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，借此，分別制造出本發(fā)明包覆鑲?cè)?E～10E、1F～6F、1G～6G。
進(jìn)一步，分別將上述硬質(zhì)基體E-1～E-10、F-1～F-6及G-1～G-6在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，在圖1A、圖1B所示的電弧離子鍍裝置內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上沿著外周部的位置安裝，將作為一側(cè)的陰極電極的、具有各種成分組成的Al成分最高含有點(diǎn)形成用Ti-Al-Zr-Y合金、Ti-Al-Zr-Ce合金和另一側(cè)陰極電極的Al成分最低含有點(diǎn)形成用Ti-Al-Zr-Y合金、Ti-Al-Zr-Ce合金合金夾著上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)峙地配置著，另外，也設(shè)置有轟擊洗滌用金屬Ti，首先，把裝置內(nèi)排氣，保持0.5Pa以下的真空，同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱到500℃后，對(duì)一邊在上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體施加-1000V的直流偏壓電壓，而且，讓電流在陰極電極的上述金屬Ti與陽極電極之間以100A的電流流過，產(chǎn)生電弧放電，由此，對(duì)硬質(zhì)基體表面進(jìn)行Ti轟擊洗滌，接著，將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈿怏w導(dǎo)入裝置內(nèi)，使其成為2Pa的反應(yīng)氣氛，同時(shí)，對(duì)一邊在上述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)基體施加-50V的直流偏壓電壓，而且使150A的電流分別經(jīng)過對(duì)峙配置的各個(gè)陰極電極與陽極電極之間流動(dòng)，產(chǎn)生電弧放電，而且，通過蒸鍍，在上述硬質(zhì)基體表面上形成具有表17所示的金屬元素目標(biāo)組成的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向交替的相同、且以表17所示的目標(biāo)間隔反復(fù)存在、而且從上述Al成分最高含有點(diǎn)向上述Al成分最低含有點(diǎn)以及從上述Al成分最低含有點(diǎn)向上述Al成分最高含有點(diǎn)的成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；并為該表17所示的目標(biāo)整體層厚的復(fù)合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，借此，分別制造出本發(fā)明的包覆鑲?cè)?1E～20E、7F～12F、7G～12G。
另外，以比較為目的，分別把該硬質(zhì)基體E-1～E-10、F-1～F-6及G-1～G-6在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，分別裝入圖2所示的普通的電弧離子鍍裝置中，并且設(shè)置有作為陰極電極的具有各種成分組成的Ti-Al合金、Ti-Al-Si合金、Ti-Al-Y合金、Ti-Al-Zr合金、Ti-Al-V合金、Ti-Al-Nb合金、Ti-Al-Cr合金及轟擊洗滌用金屬Ti，對(duì)裝置內(nèi)排氣，保持0.5Pa以下的真空，同時(shí)，用加熱器將裝置內(nèi)加熱到700℃后，對(duì)上述硬質(zhì)基體施加-1000V的直流偏壓電壓，而且，讓電流在上述金屬Ti的陰極電極與陽極電極之間以100A的電流流過，產(chǎn)生電弧放電，對(duì)硬質(zhì)基體表面進(jìn)行Ti轟擊洗滌后，將作為反應(yīng)氣體的氮?dú)鈿怏w導(dǎo)入裝置內(nèi)，使其成為2Pa的反應(yīng)氣氛，同時(shí)，把對(duì)上述硬質(zhì)基體施加的偏壓電壓降到-50V，讓150A的電流在上述各種陰極電極與陽極電極之間流動(dòng)，產(chǎn)生電弧放電，因此，在上述硬質(zhì)基體各自的表面上，形成具有表18所示的金屬元素目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的復(fù)合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，由此，制造出以往的包覆鑲?cè)?e～10e、1f～6f、1g～6g。
對(duì)于上述結(jié)果所得到的各種包覆鑲?cè)兄械?、本發(fā)明包覆鑲?cè)?E～20E及以往包覆鑲?cè)?e～10e，在將其安置在工具鋼制成的車刀尖端部的狀態(tài)下，按照下述條件對(duì)其進(jìn)行合金鋼的干式高速連續(xù)切削試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SCM440圓桿切削速度400m/min送進(jìn)量0.2mm/rev進(jìn)刀量2mm切削時(shí)間5分另外，還按照下述條件對(duì)其進(jìn)行合金鋼的干式高速高負(fù)載連續(xù)切削試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SCM440圓桿切削速度400m/min送進(jìn)量0.4mm/rev進(jìn)刀量4mm切削時(shí)間5分鐘測(cè)定其刀刃的后隙面摩耗寬度，將該測(cè)定結(jié)果在表19中示出。
進(jìn)一步，對(duì)于本發(fā)明包覆鑲?cè)?F～12F及以往包覆鑲?cè)?f～6f，按照下述條件進(jìn)行合金鋼的干式高速連續(xù)切削試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SCM440圓桿切削速度450m/min送進(jìn)量0.2mm/rev進(jìn)刀量0.5mm切削時(shí)間5分再者，還按照下述條件對(duì)其進(jìn)行合金鋼的干式高速高負(fù)載連續(xù)切削試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SCM440的圓桿切削速度450m/min送進(jìn)量0.3mm/rev進(jìn)刀量1.5mm切削時(shí)間5分測(cè)定其刀刃后隙面摩耗寬度。將其測(cè)定結(jié)果在表20中示出。
另外，對(duì)于本發(fā)明包覆鑲?cè)?G～12G及以往包覆鑲?cè)?g～6g，測(cè)定其刀刃后隙面摩耗寬度。將其測(cè)定結(jié)果在表21中示出。
還有，按照下述條件進(jìn)行淬火鋼的干式高速連續(xù)切削試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SCM440圓桿的滲碳淬火鋼(表面硬度HRC60)切削速度400m/min送進(jìn)量0.1mm/rev進(jìn)刀量0.1mm切削時(shí)間5分而且，還按照下述條件進(jìn)行淬火鋼的干式高速高負(fù)載連續(xù)切削試驗(yàn)，其中的條件是被切削材料JIS·SCM440圓桿的滲碳淬火鋼(表面硬度HRC60)切削速度400m/min送進(jìn)量0.2mm/rev進(jìn)刀量0.2mm切削時(shí)間5分測(cè)定其刀刃后隙面摩耗寬度。將其測(cè)定結(jié)果在表21中示出。
實(shí)施例5作為原料粉末，預(yù)備具有平均粒徑5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒徑0.8μm的微粒WC粉末、平均粒徑1.3μm的TaC粉末、平均粒徑1.2μm的NbC粉末、平均粒徑1.2μm的ZrC粉末、平均粒徑2.3μm的Cr3C2粉末、平均粒徑1.5μm的VC粉末、平均粒徑1.0μm的(Ti，W)C粉末以及平均粒徑1.8μm的Co粉末，將這些原料粉末分別按照表22所示的配合組成配合，進(jìn)一步加石蠟，在丙酮中用球磨機(jī)以50小時(shí)混合，減壓干燥后，在100MPa壓力下，擠壓成形為給定形狀的各種壓粉體，將該壓粉體在6Pa的真空氣氛中，以7℃/分的升溫速度升溫到1370～1470℃的范圍內(nèi)的給定溫度，在該溫度下保持1小時(shí)后，在爐冷的條件下燒結(jié)，形成直徑8mm、13mm及26mm的三種圓桿燒結(jié)體，進(jìn)一步，經(jīng)過磨削加工，并按照表22所示的組合，從上述三種圓桿燒結(jié)體中分別制造出刀刃部的直徑×長度為6mm×13mm、10mm×22mm及20mm×45mm，并且任一螺旋角都為30度的4枚刃四邊形立銑刀形狀的WC基超硬合金制硬質(zhì)基體H-1～H-8。
接著，將上述硬質(zhì)基體H-1～H-8在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，同樣地，裝入圖2所示的普通電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例4相同的條件下，通過物理蒸鍍，形成具有表23所示的金屬元素目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的復(fù)合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，由此，分別制造出成為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明表面包覆立銑刀1H～8H。
另外，以比較為目的，把上述硬質(zhì)基體H-1～H-8在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，同樣地裝入圖2所示的普通的電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例4相同的條件下，進(jìn)行物理蒸鍍，形成具有表24所示的金屬元素目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的復(fù)合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，由此，分別制造出作為以往包覆切削工具的以往表面包覆立銑刀1h～8h。
接著，對(duì)于上述本發(fā)明包覆立銑刀1H～8H以及以往包覆立銑刀1h～8h中的本發(fā)明包覆立銑刀1H～3H及以往包覆立銑刀1h～3h，并按照下述條件對(duì)其進(jìn)行鑄鐵的濕式高速側(cè)面加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，其中的條件是
被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FC300的板材切削速度250m/min軸向進(jìn)刀量6mm徑向進(jìn)刀量1mm旋轉(zhuǎn)臺(tái)送進(jìn)量600mm/min另外，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆立銑刀4H～6H及以往包覆立銑刀4h～6h，進(jìn)行合金鋼的濕式高速側(cè)面加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SCM440的板材切削速度200m/min軸向進(jìn)刀量10mm徑向進(jìn)刀量2mm旋轉(zhuǎn)臺(tái)送進(jìn)量300mm/min再者，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆立銑刀7H、8H及以往包覆立銑刀7h、8h，進(jìn)行合金鋼的濕式高速側(cè)面加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SNCM439的板材切削速度200m/min軸向進(jìn)刀量20mm徑向進(jìn)刀量3mm旋轉(zhuǎn)臺(tái)送進(jìn)量150mm/min對(duì)于任何一種切削加工試驗(yàn)，都測(cè)定其刀刃部的外周刀刃后隙面摩耗寬度至變?yōu)槭褂脡勖繕?biāo)的0.1mm的切削長度，將其測(cè)定結(jié)果在表23、表24中分別示出。
實(shí)施例6利用上述實(shí)施例5制造的直徑為8mm、直徑為13mm及直徑為26mm的三種圓桿燒結(jié)體，并通過磨削加工，按照表25所示的組合，從上述三種圓桿燒結(jié)體中分別制造出槽形成部的直徑×長度分別為4mm×13mm、8mm×22mm及16mm×45mm、并且任何一個(gè)的螺旋角為30度的2枚刃鉆頭形狀的WC基超硬合金制的硬質(zhì)基體I-1～I(xiàn)-8。
接著，對(duì)上述硬質(zhì)基體I-1～I(xiàn)-8的刀刃進(jìn)行研磨，在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，裝入圖2所示的普通電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例4相同的條件下，通過物理蒸鍍形成具有表26所示的金屬元素目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的復(fù)合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，由此分別制造出成為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明包覆鉆頭1I～8I。
另外，以比較為目的，把上述硬質(zhì)基體I-1～I(xiàn)-8的刀刃進(jìn)行研磨，在丙酮中進(jìn)行超聲波洗滌，在干燥的狀態(tài)下，同樣地裝入圖2所示的普通的電弧離子鍍裝置中，在與上述實(shí)施例4相同的條件下，進(jìn)行物理蒸鍍，形成具有表27所示的金屬元素目標(biāo)組成及目標(biāo)層厚的復(fù)合氮化物組成的硬質(zhì)包覆層，借此分別制造出作為以往包覆切削工具的以往包覆鉆頭1i～8i。
接著，對(duì)于上述本發(fā)明包覆鉆頭1I～8I以及以往包覆鉆頭1i～8i中的本發(fā)明包覆鉆頭1I～3I及以往包覆鉆頭li～3i，并按照下述條件對(duì)其進(jìn)行鑄鐵的濕式高速鉆孔加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·FC300的板材切削速度150m/min送進(jìn)量0.2mm/rev孔深度8mm另外，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆鉆頭4I～6I及以往包覆鉆頭4i～6i，進(jìn)行合金鋼的濕式高速鉆孔加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SCM440的板材切削速度150m/min送進(jìn)量0.2mm/rev孔深度16mm另外，還按照下述條件對(duì)本發(fā)明的包覆鉆頭7I、8I及以往包覆鉆頭7i、8i，進(jìn)行合金鋼的濕式高速鉆孔加工試驗(yàn)(使用水溶性切削油)，其中的條件是被切削材料平面尺寸100mm×250mm，厚度50mm的JIS·SNCM439的板材切削速度200m/min送進(jìn)量0.3mm/rev孔深度30mm對(duì)于任何一種加工試驗(yàn)，都測(cè)定其尖端刀刃面的后隙面摩耗寬度至0.3mm的鉆孔加工數(shù)量，將其測(cè)定結(jié)果在表26、表27中分別示出。
利用俄歇分光分析裝置，對(duì)于上述結(jié)果所得到的構(gòu)成作為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明包覆鑲?cè)?E～10E、1F～6F、1G～6G、本發(fā)明包覆立銑刀1H～8H和本發(fā)明包覆鉆頭1I～8I及作為以往包覆切削工具的以往包覆鑲?cè)?e～10e、1f～6f、1g～6g、以往包覆立銑刀1h～8h和以往包覆鉆頭1i～8i的硬質(zhì)包覆層的組成；以及構(gòu)成作為本發(fā)明包覆切削工具的本發(fā)明包覆鑲?cè)?1E～20E、7F～12F、7G～12G的硬質(zhì)包覆層中的Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的組成進(jìn)行測(cè)定時(shí)，顯示出與各個(gè)目標(biāo)組成基本相同的組成。
另外，用掃描型電子顯微鏡，對(duì)本發(fā)明包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層整體層厚和Al成分最高含有點(diǎn)Al與成分最低含有點(diǎn)之間的間隔、以及以往包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層整體層厚進(jìn)行斷面測(cè)定時(shí)，任何一種都顯示出與目標(biāo)值基本相同的值。
從表13～24所示的結(jié)果可以看出，本發(fā)明包覆鑲?cè)?E～20E、1F～12F、1G～12G、本發(fā)明包覆立銑刀1H～8H及本發(fā)明包覆鉆頭1I～8I，在任何高速條件下的切削加工中都顯示出良好的耐摩耗性，而且刀刃的摩耗狀況也正常，再者，本發(fā)明包覆鑲?cè)?1E～20E、7F～12F、7G～12G，即使在高速高負(fù)載的切削加工下，也不會(huì)發(fā)生卷刃等，能發(fā)揮良好的切削性能，與此相比，以往包覆鑲?cè)?e～10e、1f～6f、1g～6g、以往包覆立銑刀1h～8h及以往包覆鉆頭1i～8i，由于其硬質(zhì)包覆層的耐摩耗性不足或韌性不足的原因，任何一種都會(huì)在比較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到使用壽命。
工業(yè)上的應(yīng)用性如上文所述，本發(fā)明的包覆切削工具，無論是在普通條件下的高速切削加工的情況下，還是在特別的高進(jìn)刀量或高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的高速切削加工的情況下，都能發(fā)揮良好的耐卷刃性，長期顯示出良好的耐摩耗性，因而，能充分地滿足切削加工的省力化、節(jié)能化、進(jìn)一步低成本化的要求。
權(quán)利要求
1.一種在高速強(qiáng)力切削條件下，硬質(zhì)包覆層發(fā)揮良好的耐卷刃性的包覆切削工具部件，在硬質(zhì)基體表面上，經(jīng)過物理蒸鍍，以1～15μm的整體平均層厚形成Ti、Al及Zr的復(fù)合氮化物層組成的硬質(zhì)包覆層，其特征是，所述硬質(zhì)包覆層具有Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向以給定間隔交替反復(fù)地存在、而且從所述Al成分最高含有點(diǎn)向所述Al成分最低含有點(diǎn)以及從所述Al成分最低含有點(diǎn)向所述Al成分最高含有點(diǎn)的Al成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)；而且，所述Al成分最高含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X為0.45～0.65、Y0.01～0.15)；所述Al成分最低含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X為0.15～0.40、Y0.01～0.15)；且相鄰的所述Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔為0.01～0.1μm。
2.一種發(fā)揮良好耐摩耗性的包覆切削工具部件，通過物理蒸鍍，在硬質(zhì)基體的表面上，以1～10μm的平均層厚形成從Ti與Al的復(fù)合氮化物、復(fù)合碳氮化物中選擇的硬質(zhì)包覆層，其特征是，所述硬質(zhì)包覆層共存地含有相對(duì)于金屬元素總量的原子比為0.002～0.1的Zr及0.0005～0.05的Y、Ce的一種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2記載的包覆切削工具部件，其特征是，具有Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)沿所述硬質(zhì)包覆層的厚度方向以給定間隔交替反復(fù)地存在、而且從所述Al成分最高含有點(diǎn)向所述Al成分最低含有點(diǎn)以及從所述Al成分最低含有點(diǎn)向所述Al成分最高含有點(diǎn)的Al成分含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3記載的包覆切削工具部件，其特征是，所述Al成分最高含有點(diǎn)中含有相對(duì)金屬元素總量的原子比為0.40～0.60的Al，所述Al成分最低含有點(diǎn)中含有相對(duì)金屬元素總量的原子比為0.05～0.25的Al，而且，相鄰的所述Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔為0.01～0.1μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一記載的包覆切削工具部件，其特征是，所述硬質(zhì)基體是碳化鎢基超硬合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一記載的包覆切削工具部件，其特征是，所述硬質(zhì)基體是碳氮化鈦基金屬陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一記載的包覆切削工具部件，其特征是，所述硬質(zhì)基體是立方晶氮化硼基燒結(jié)材料基體。
8.一種在切削工具硬質(zhì)基體表面上形成高速強(qiáng)力切削條件下發(fā)揮良好的耐卷刃性的硬質(zhì)包覆層的方法，其特征是，在電弧離子鍍裝置內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，在朝半徑方向上離開所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸的位置可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝切削工具基體；使所述電弧離子鍍裝置內(nèi)的反應(yīng)氣氛為氮?dú)鈿夥?，讓夾著所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)峙配置的Al成分最高含有點(diǎn)形成用的Ti-Al-Zr合金的陰極電極及Al成分最低含有點(diǎn)形成用的Ti-Al-Zr合金的陰極電極和與這些陰極電極并列設(shè)置的各個(gè)陽極電極之間產(chǎn)生電弧放電；并且，在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上一邊自轉(zhuǎn)一邊旋轉(zhuǎn)的所述切削工具基體的表面上，通過物理蒸鍍，以1～15μm的整體平均層厚，形成由Ti、Al及Zr的復(fù)合氮化物層組成的硬質(zhì)包覆層；該硬質(zhì)包覆層具有Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)沿厚度方向以給定間隔交替反復(fù)地出現(xiàn)、且從所述Al成分最高含有點(diǎn)向所述Al成分最低含有點(diǎn)以及從所述Al成分最低含有點(diǎn)向所述Al成分最高含有點(diǎn)的Al含量連續(xù)變化的成分濃度分布結(jié)構(gòu)，并且，該硬質(zhì)包覆層，其所述Al成分最高含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X為0.45～0.65、Y0.01～0.15)，該硬質(zhì)包覆層，其所述Al成分最低含有點(diǎn)滿足分子式(Ti1-(X+Y)AlXZrY)N(其中，用原子比表示X為0.15～0.40、Y0.01～0.15)；且相鄰的所述Al成分最高含有點(diǎn)與Al成分最低含有點(diǎn)的間隔為0.01～0.1μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8記載的方法，其特征是，所述切削工具基體是碳化鎢基超硬合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求8記載的方法，其特征是，所述切削工具基體是碳氮化鈦基金屬陶瓷。
11.根據(jù)權(quán)利要求8記載的方法，其特征是，所述切削工具基體是立方晶氮化硼基燒結(jié)材料基體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包覆切削工具部件，這種包覆切削工具部件在伴隨著產(chǎn)生高熱的高速切削條件下進(jìn)行各種鋼或鑄鐵等的切削加工的情況下，不僅能夠發(fā)揮良好的耐摩耗性，而且，即使在以高進(jìn)刀量及高送進(jìn)量等的高負(fù)載切削條件下進(jìn)行上述切削加工的情況下，也能發(fā)揮良好的耐卷刃性。在該包覆切削工具部件中，在硬質(zhì)基體表面上，經(jīng)過物理蒸鍍，以1～10μm的平均層厚，形成從Ti與Al的復(fù)合氮化物、復(fù)合碳氮化物中選擇的硬質(zhì)包覆層，上述硬質(zhì)包覆層共存地含有相對(duì)于金屬元素總量的原子比為0.002～0.1的Zr及0.0005～0.05的Y、Ce的一種以上。
文檔編號(hào)C23C14/06GK1675015SQ0381924
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者高岡秀充, 中村惠滋 申請(qǐng)人:三菱麻鐵里亞爾株式會(huì)社, 三菱綜合材料神戶工具株式會(huì)社