專利名稱：帶涂層的切削刀具刀片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶CVD涂層的切削刀具刀片，該切削刀具刀片適合于通過車削、 銑削、鉆削或者通過類似的去屑成形加工方法來加工金屬。所述帶涂層的刀具刀片在用于 斷續(xù)切削操作時顯示出顯著提高的韌性特征。
背景技術：
現(xiàn)代的對金屬的高生產(chǎn)率的去屑成形加工需要可靠的切削刀具刀片，該切削刀具 刀片應擁有高耐磨性、良好的韌性性能、制造具有高的表面光潔度的工件的能力、抵抗切屑 錘擊(chip hammering)的能力、能夠產(chǎn)生適當?shù)偷那邢髁σ约皟?yōu)異的抗塑性變形的能力。現(xiàn)代的硬質(zhì)合金刀具一般為被夾在刀架中的可轉(zhuǎn)位的刀片的形式，但是也能為實 心硬質(zhì)合金鉆具或銑刀的形式。涂覆有各種類型的像TiC、TiCxNy、TiN、TiCxNyOz和Al2O3的 硬層的硬質(zhì)合金切削刀具刀片在商業(yè)上已經(jīng)應用了很多年。呈多層結(jié)構(gòu)的多個硬層通常增 強這種涂層。各個層的順序和厚度被仔細地選擇，以適合不同的切削應用領域和工件材料。涂層最常見的是利用化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)技術來沉積。CVD技術具有許多優(yōu)點。其允許大的涂層批次，在復雜形狀刀片上制造具有良好的 涂層厚度分布的涂層，能夠用于沉積像Al2O3和&02的不導電層。能在相同的涂層段上沉 積許多不同的材料，如 A1203、TiC、Ti (CxNy)、TiN、Ti (CxNyOz)、Zr (CxNy)、Ti (CxNy)和 ZrO20CVD技術一般在相當高的溫度范圍(900-1050°C )下進行。由于高沉積溫度且由 于沉積的涂層材料和硬質(zhì)合金刀具基體之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，CVD產(chǎn)生具有冷卻裂紋 和拉伸應力的涂層。因此，當用于切削操作時，帶CVD涂層的刀片比帶PVD涂層的刀片表現(xiàn) 得更脆。PVD工藝在明顯較低的溫度(450-650°C )下進行，且在強的離子轟擊下進行，這導 致具有高的壓縮應力的無裂紋層。高的壓縮應力和不存在冷卻裂紋使得帶PVD涂層的刀具 刀片比帶CVD涂層的刀具刀片更有韌性，且因而通常在諸如銑削的斷續(xù)切削操作中是優(yōu)選 的。當與帶CVD涂層的刀片相比時，帶PVD涂層的刀片的缺陷一般為較低的耐磨性和不足 的涂層粘附性。因此，需要不斷地努力來找到提高帶CVD涂層的刀具刀片的韌性特征同時保持高 的耐磨性的手段。多個專利公開了通過刷涂或通過濕噴砂對帶涂層的切削刀片進行后處理。目 的是實現(xiàn)光滑的切削刃和/或沿刃線暴露Al2O3，如US5，851，687和EP 603 144中所公 開的，或者目的是在TiN用作后刀面處的磨損檢測層時的情況下獲得還在前刀面上作為 頂層的Al2O3，如US5，861，210中所公開的。將CVD涂層表面暴露于沖擊力的每種處理技 術，如濕噴砂或干噴砂，都將降低涂層的拉伸應力，并從而提高帶涂層的刀具的韌性，如US 2006/0204757A1中所公開的。EP 1311712中公開了干噴砂方法。這里，利用非常高的噴砂 壓力來獲得高的壓縮應力。這樣高的噴砂壓力將劣化涂層且產(chǎn)生不均勻的刃線，這對于具 有尖刃(半徑<35μπι)的刀片來說尤為明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于對耐磨和韌性有要求的切削操作的帶CVD涂層的 切削刀具。本發(fā)明的另一目的是提供一種制造具有改進的性能的帶CVD涂層的切削刀具的方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用根據(jù)本發(fā)明的切削刀具刀片能獲得顯著提高的韌性性能和高的耐 磨性。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當切削低合金鋼和不銹鋼時，具有包含不同性能的兩個相鄰的 Ti (C，N)磨損層的涂層的切削刀具刀片擁有高的耐磨性和良好的韌性性能。已發(fā)現(xiàn)，在切削過程中，富含N的外層賦予帶涂層的刀片較少的涂抹(smearing) 和較少的沿刃線將涂層片拉走，這使得其特別適于切削涂抹材料(smearing materials) 0 更多的富碳(111)和/或(422)織構(gòu)化的內(nèi)層賦予刀片良好的后刀面耐磨性。
具體實施例方式本發(fā)明涉及帶涂層的切削刀具，該切削刀具包括具有至少一個前刀面、至少一個 間隙面和至少一個切削刃的大致多邊形或圓形形狀的本體，該本體包括涂層和基體。本發(fā) 明還涉及制造根據(jù)本發(fā)明的刀具的方法。本發(fā)明涉及一種帶涂層的切削刀具，該切削刀具包括涂層和基體，其中，基體至少 部分地涂覆有4-10 μ m厚的涂層，該涂層包括兩個相鄰的Ti (C，N)層，即內(nèi)Ti (Cx，Ny)層和 外Ti (Ci, Nj)層，其中x+y = 1，i+j = 1，且j >y，并且其中，在切削刃的至少一部分上并 且/或者在前刀面的至少一部分上，內(nèi)Ti (Cx，Ny)層的殘余應力狀態(tài)和外Ti (Ci, )層的殘 余應力狀態(tài)之間的差Δ為IOOOMPa彡Δ彡2500MPa。內(nèi)Ti(Cx，Ny)層在低溫區(qū)域(750_835°C)下沉積，而第二、外Ti (Ci, Nj)層在較高 溫度范圍(950-1050°C)下沉積。外層具有較高的N含量，即」>7，且具有壓縮應力，SP σ 外<0且σ外< σ內(nèi)，其中σ外為外Ti (C” Nj)層的殘余應力狀態(tài)，而σ內(nèi)為內(nèi)Ti (Cx，Ny)層 的殘余應力狀態(tài)。內(nèi)Ti (Cx, Ny)層和外Ti (Ci, Nj)層之間的應力狀態(tài)差Δ定義如下如果σ外<0且σ內(nèi)>0，則Δ = | σ外| + | σ內(nèi)|，或者如果σ外< 0且ο內(nèi)< 0，則Δ = I σ外卜| σ內(nèi)|。在一個實施例中，在切削刃上或在前刀面上，或者在切削刃并且在前刀面 上，內(nèi)Ti(Cx，Ny)層的殘余應力狀態(tài)和外Ti (Ci, Nj)層的殘余應力狀態(tài)之間的差Δ為 IOOOMPa 彡 Δ 彡 2500MPa。在一個實施例中，內(nèi)Ti(Cx，Ny)層的殘余應力狀態(tài)為+500MPa至_400MPa，而外 Ti (Ci, Nj)層的殘余應力狀態(tài)為_900MPa至_2400MPa。在一個實施例中，內(nèi)Ti (Cx, Ny)層和外Ti (Ci, Nj)層的殘余應力狀態(tài)都< 0。在一個實施例中，內(nèi)Ti (Cx，Ny)層具有晶粒尺寸范圍在0.05-0. 5μπι內(nèi)(以半寬度 和在剖面樣品的晶粒上測量的)的柱狀晶粒。外Ti (Ci, )層可根據(jù)層厚度而從具有柱狀 的晶粒變化到具有更等軸的形狀的晶粒。不同層的晶粒尺寸在SEM(掃描電子顯微鏡)上 測量_利用半寬度的研磨和拋光截面表面的顯微照片。
在一個實施例中，內(nèi)Ti(Cx，Ny)層的厚度為2-6 μ m，而外Ti (Ci, Nj)層的厚度為 2-6 μ m0在另一實施例中，內(nèi)層具有明顯的(111)和/或(422)織構(gòu)。也就是，從中等 強(111)織構(gòu)到強(422)織構(gòu)的任何織構(gòu)，或者上述兩種取向的中等強織構(gòu)的混合。因 此，總和TC(111)+TC(422)用于定義內(nèi)Ti (Cx，Ny)層。以<111>和<422>方向生長的晶體 具有類似的取向。相應的晶面之間的角度僅為約19°。內(nèi)Ti (Cx，Ny)層具有織構(gòu)系數(shù)為 TC(111)+TC(422)彡2. 5的明顯的晶體織構(gòu)，其中TC(Ill) >0. 4且TC(422) >0.4，其中 TC定義如下
權(quán)利要求
帶涂層的切削刀具，其包括涂層和基體，其中所述基體至少部分地涂覆有4 10μm厚的涂層，所述涂層包括兩個相鄰的Ti(C，N)層，即內(nèi)Ti(Cx，Ny)層和外Ti(Ci，Nj)層，其中，x+y＝1，i+j＝1，且j＞y，并且其中，在切削刃的至少一部分上并且/或者在前刀面的至少一部分上，所述內(nèi)Ti(Cx，Ny)層的殘余應力狀態(tài)和所述外Ti(Ci，Nj)層的殘余應力狀態(tài)之間的差Δ為1000MPa≤Δ≤2500MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中所述內(nèi)Ti(Cx, Ny)層具有 TC(111)+TC(422)彡 2. 5 的織構(gòu)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的切削刀具，其中所述內(nèi)Ti(Cx，Ny)層的殘余應力 狀態(tài)為+500MPa至-400MPa，而所述外Ti (CijNj)層的殘余應力狀態(tài)為_900MPa至_2400MPa。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的切削刀具，其中所述內(nèi)Ti(Cx，Ny)層和所述外 Ti (Ci, Nj)層的殘余應力狀態(tài)都為< 0。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的切削刀具，其中所述涂層還包括具有立方結(jié)構(gòu)的 第一、最內(nèi)層 Ti(Cm，Nn)，m+n = 1 且 η > m。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的切削刀具，其中，所述刀具涂覆有PVD層，所述 PVD層在所述外Ti (Ci, Nj)層之上且厚度為0. 5-3 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的切削刀具，其中所述PVD層為Al2O3層。
8.制造帶涂層的切削刀具的方法，所述帶涂層的切削刀具包括涂層和基體，其中所述 涂層包括兩個相鄰的Ti (C，N)層，即內(nèi)Ti (Cx, Ny)層和外Ti (Ci, Nj)層，其中，x+y = 1，i+j =1，且j > y，并且其中，使所述涂層經(jīng)受濕噴砂操作，從而使得在切削刃的至少一部分上 并且/或者在前刀面的至少一部分上，所述內(nèi)Ti (Cx，Ny)層的殘余應力狀態(tài)和所述外Ti (Ci, Nj)層的殘余應力狀態(tài)之間的差Δ為IOOOMPa彡Δ彡2500MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶涂層的切削刀具刀片，該帶涂層的切削刀具刀片包括涂層和基體，其中基體至少部分地涂覆有4-10μm厚的涂層，該涂層包括兩個相鄰的Ti(C，N)層，其中，在切削刃的至少一部分上并且/或者在前刀面的至少一部分上，內(nèi)層的殘余應力狀態(tài)和外層的殘余應力狀態(tài)之間的差Δ為1000MPa≤Δ≤2500MPa。
文檔編號C23C14/06GK101941085SQ201010222510
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者比約恩·永貝里, 蘇珊·諾格倫 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司