CN109576670A

CN109576670A - 切削工具用硬质覆膜

Info

Publication number: CN109576670A
Application number: CN201810994484.4A
Authority: CN
Inventors: 广濑景太; 川村和浩
Original assignee: SUKENO TOOL CO Ltd
Current assignee: SUKENO TOOL CO Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2019-04-05
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: EP3467150B9; EP3467150A1; CN109576670B; JP6861137B2; JP2019065324A; EP3467150B1

Abstract

本发明涉及一种切削工具用硬质覆膜，提供一种极为实用的切削工具用硬质覆膜，其对奥氏体系不锈钢也可发挥出良好的耐磨耗性和耐熔敷性，能够实现切削工具的长寿命化。本发明的切削工具用硬质覆膜是在基材上形成的切削工具用硬质覆膜，其包含第1覆膜层和第2覆膜层，第1覆膜层中，金属成分以原子％计由Al_(100‑x)Cr_(x)(其中，25≤X≤35)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质；第2覆膜层中，金属成分以原子％计由Cr_(100‑α)V_(α)(其中，15≤α≤50)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质；上述第2覆膜层配置在最外表面。

Description

切削工具用硬质覆膜

技术领域

本发明涉及被覆立铣刀或钻头等切削工具的切削工具用硬质覆膜。

背景技术

作为被覆金属切削用工具的硬质覆膜，例如有耐磨耗性优异的AlCrN覆膜(参见专利文献1)，已知有通过在AlCrN中添加V、B而使其耐磨耗性高于AlCrN的AlCrVBN覆膜(参见专利文献2)。

此外，在该专利文献2中公开了通过在CrN中添加V而提高润滑性的内容。在专利文献2中通过在AlCrVBN覆膜的表层被覆CrVN覆膜而实现了耐熔敷性(润滑性)的改善，但在进行不锈钢的加工时，耐熔敷性仍不充分，迫切希望耐熔敷性得到进一步的改善。

即，由于不锈钢(特别是SUS304等奥氏体系不锈钢)的粘性高、具有加工硬化性，因而对于加工工具的覆膜，要求硬度和韧性这两种性质。另外，由于热传导率低，因而切削加工时产生的高热不容易逸出，工具刀尖容易发生熔敷，因而不仅要求耐磨耗性、而且还要求耐熔敷性。

在工具刀尖发生熔敷时，由于该熔敷物与被切削材料摩擦而使加工面粗糙度变差，在进一步继续加工时，熔敷物进一步牢固地附着在工具刀尖上，形成所谓积屑瘤(構成刃先)。并且已知若在形成有积屑瘤的状态下继续进行切削加工，则积屑瘤反复生长和脱落。这种情况下，在积屑瘤脱落时工具刀尖发生崩刃(chipping)，从而使被覆的硬质覆膜发生脱落，因而进一步促进磨耗，不仅使加工面粗糙度变差，而且还会招致工具的寿命缩短。

基于以上的理由，在不锈钢加工用的硬质覆膜被覆工具中，不仅要求耐磨耗性，而且为了使其不会由于积屑瘤而发生崩刃，还要求耐熔敷性，但如上所述，目前的情况是在现有的硬质覆膜中还得不到充分的耐熔敷性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-25566号公报

专利文献2：日本专利第4459936号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明鉴于上述这样的现状而对专利文献2的硬质覆膜进一步进行了改良，提供了一种极为实用的切削工具用硬质覆膜，该硬质覆膜即使对于奥氏体系不锈钢也可发挥出良好的耐磨耗性和耐熔敷性(耐溶着性)，能够实现切削工具的长寿命化。

解决课题的手段

对本发明的要点进行说明。

本发明的第一方式涉及一种切削工具用硬质覆膜，其是在基材上形成的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，

该硬质覆膜包含第1覆膜层和第2覆膜层，

所述第1覆膜层中，金属成分以原子％计由Al_(100-x)Cr_(x)(其中25≤X≤35)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质，

所述第2覆膜层中，金属成分以原子％计由Cr_(100-α)V_(α)(其中15≤α≤50)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质，

上述第2覆膜层配置在最外表面。

另外，本发明的第二方式涉及上述第一方式的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，上述α为15以上25以下。

另外，本发明的第三方式涉及上述第一、第二任一方式中的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，上述第1覆膜层的膜厚T1与上述第2覆膜层的膜厚T2的比例为0.1≤T2/T1≤0.5，上述膜厚T1与上述膜厚T2的合计为2.0μm以上5.0μm以下。

另外，本发明的第四方式涉及上述第一～第三任一方式中的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，在上述基材与上述第1覆膜层之间设有基底层，该基底层由Ti的氮化物或碳氮化物构成，该基底层的膜厚为0.20μm以上1.0μm以下。

另外，本发明的第五方式涉及上述第一～第四任一方式中的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，该硬质覆膜包含NaCl型结晶结构，由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强。

另外，本发明的第六方式涉及上述第一～第四任一方式中的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，该硬质覆膜包含NaCl型结晶结构，由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强，设上述(111)面的衍射强度为I(111)、(200)面的衍射强度为I(200)时，满足下式(1)。

I(111)/I(200)≥1.5 (1)

发明的效果

本发明由于按上述方式构成，因而成为一种极为实用的切削工具用硬质覆膜，其即使对奥氏体系不锈钢也可发挥出良好的耐磨耗性和耐熔敷性，能够实现切削工具的长寿命化。

附图说明

图1是外周磨耗宽度的示意性说明图。

图2是最大熔敷宽度的示意性说明图。

图3是实验例2的X射线衍射图谱(测定范围：0°≤2θ≤80°)。

图4是实验例10的X射线衍射图谱(测定范围：0°≤2θ≤80°)。

图5是现有例2的X射线衍射图谱(测定范围：0°≤2θ≤80°)。

图6是实验例2与仅基材的X射线衍射图谱的比较图(测定范围：0°≤2θ≤80°)。

具体实施方式

对于被认为是适宜的本发明的实施方式，示出本发明的作用来进行简单说明。

由于第1覆膜层为规定的组成且未添加V和B，因而硬度不会变得过高，能够兼顾硬度和韧性，对不锈钢发挥出良好的耐磨耗性。另外，通过润滑性优异的第2覆膜层能够确保耐熔敷性。

从而，切削工具对不锈钢(特别是奥氏体系不锈钢)的耐磨耗性和耐熔敷性提高，能够尽可能地抑制崩刃的发生、实现切削工具的长寿命化。

实施例

基于附图对本发明的具体实施例进行说明。

本实施例是在基材上形成的切削工具用硬质覆膜，其包含第1覆膜层和第2覆膜层，

所述第1覆膜层中，金属成分以原子％计由Al_(100-x)Cr_(x)(其中，25≤X≤35)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质，

所述第2覆膜层中，金属成分以原子％计由Cr_(100-α)V_(α)(其中，15≤α≤50)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质，

上述第2覆膜层配置在最外表面。

对各部分进行具体说明。

基材采用含有WC(碳化钨)和Co(钴)的超硬合金制造的基材。具体地说，采用上述WC粒子的平均粒径被设定为0.1μm以上2.0μm以下、上述Co含量以质量％计被设定为5％以上15％以下的基材。该基材具体地说为立铣刀、钻头等切削工具，第1覆膜层和第2覆膜层以依次层积的状态被设于该切削工具的表面。

第1覆膜层的膜厚T1与第2覆膜层的膜厚T2的比例被设定为0.1≤T2/T1≤0.5，上述膜厚T1与上述膜厚T2的合计被设定为2.0μm以上5.0μm以下。

另外，本实施例包含NaCl型结晶结构，由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强。

具体地说，在设上述(111)面的衍射强度为I(111)、(200)面的衍射强度为I(200)时，满足下式(1)。

I(111)/I(200)≥1.5 (1)

另外，第2覆膜层的上述α优选设定为15以上25以下。

另外，在本实施例中，在基材与第1覆膜层之间设有基底层。该基底层由Ti的氮化物或碳氮化物构成，该基底层的膜厚被设定为0.20μm以上1.0μm以下。

即，本实施例由设于切削工具上并紧邻切削工具的基底层、设于该基底层上的第1覆膜层、以及设于该第1覆膜层上的第2覆膜层构成。

以下说明采用以上构成的理由和基于上述构成的作用效果。

首先，对于第1覆膜层和第2覆膜层，叙述使其组成和膜厚为上述构成的理由。

由于难切削材料不锈钢的粘性高、具有加工硬化性，因而对其进行加工的工具被要求硬度和韧性这两种性能。专利文献2的在AlCrN覆膜中添加V和B而得到的AlCrVBN覆膜或许因为硬度过高而韧性差，在对不锈钢进行加工时，甚至在加工初期就观察到了崩刃(参照后述实验例的表1中的现有例1～3)。另外，在未添加V和B的(Al₇₀Cr₃₀)N中，尽管在加工初期未观察到崩刃，但耐磨耗性差(表1的现有例4)。

因此，尝试进行了兼具耐崩刃性和耐磨耗性这两种性质的覆膜(第1覆膜层)的开发，反复进行了各种实验、研究，结果表明，组成为(Al_(100-x)Cr_(x))N(其中25≤X≤35)且包含NaCl型结晶结构、由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强的覆膜(设测定范围为0°≤2θ≤80°时的最强峰晶面指数为(111)的覆膜)不会发生加工初期的崩刃，耐磨耗性优异(表1的比较例1～3)。在偏离上述组成的情况下，磨耗大(表1的比较例4～6)。另外，在最强峰晶面指数不是(111)的情况下，磨耗也大(表1的比较例7～9)。据信，这是由于，在(Al_(100-x)Cr_(x))N(其中25≤X≤35)的情况下，硬度最高、进而AlCrN所采取的NaCl型结晶的最密填充面为(111)面，因而密度增高，耐磨耗性和耐崩刃性这两种性质优异。而另一方面，耐熔敷性不充分(表1的比较例1～3)。

在工具发生熔敷时，加工面粗糙度变差。若在发生了熔敷的情况下进一步继续加工，则会形成积屑瘤，其生长和脱落反复进行从而促进崩刃和磨耗，会招致工具的短寿命化。

为了改良第1覆膜层对不锈钢的耐熔敷性，在第1覆膜层的表面涂布作为第2覆膜层的(Cr_(100-α)V_(α))N。已知CrN覆膜为润滑性优异的覆膜，通过在CrN中固溶对钢铁材料富于润滑性能的V，可实现润滑性的提高。若V含量过多，则覆膜硬度降低，因而改变V含量进行了实验，结果可知，在组成为(Cr_(100-α)V_(α))N(其中15≤α≤50)时，耐熔敷性优异(参照表2的实验例1～18)。即，若α<15，则润滑性不足、熔敷增大(表1的比较例10、11)。另外，α>50时熔敷也会增大(表1的比较例12)。据信，这是由于，若V的含量过多，则膜***，在加工初期CrVN膜发生磨损，耐熔敷性的效果消失。

由以上可知，第2覆膜层的组成为(Cr_(100-α)V_(α))N(其中15≤α≤50)时，可取得润滑性与硬度的平衡。特别是α为15≤α≤25范围的效果高(表2的实验例1～5、8～10、13～18)。

另外，对于膜厚来说，在设第1覆膜层的膜厚为T1、第2覆膜层的膜厚为T2时，优选膜厚T1与T2的膜厚比例为0.1≤T2/T1≤0.5。T2/T1小于0.1的情况下，耐熔敷性的效果小(表1的比较例13)；T2/T1大于0.5的情况下，硬度低的第2覆膜层的比例增多、耐磨耗性降低(表1的比较例14、15)。第1覆膜层与第2覆膜层的合计膜厚(T1+T2)优选为2.0μm以上5.0μm以下。该合计膜厚若过薄，则耐磨耗性的效果小(表1的比较例16)；在膜厚比5.0μm厚的情况下，尽管可维持耐磨耗性的效果(表1的比较例17)，但随着膜厚增厚，成膜时间延长，并且靶材料的消耗增多，使切削工具的价格高昂。另外已经确认，在合计膜厚(T1+T2)超过11μm时，在前刀面(すくい面)会发生剥离。

接着对于使基底层的组成和膜厚为上述构成的理由进行叙述。

可知在将由Ti的氮化物或碳氮化物构成的化合物作为基底层设于切削工具用基材与第1覆膜层之间时，基材与第1覆膜层的密合性良好，从而使耐磨耗性和耐熔敷性进一步提高(表2的实验例1～10、13～18、表3的实验例19～27)。另外可知，基底层的膜厚优选为0.20μm以上1.0μm以下(表2的实验例1～10、13～18、表3的比较例18～21)。基底层的膜厚若小于0.2μm，则密合性提高的效果小；若超过1.0μm，则硬度低的基底层的比例增多、耐磨耗性降低。

本实施例由于按上述方式构成，因而第1覆膜层的硬度不会过高，能够兼顾硬度和韧性，对不锈钢发挥出良好的耐磨耗性。另外，能够通过润滑性优异的第2覆膜层确保耐熔敷性。从而，切削工具对不锈钢(特别是奥氏体系不锈钢)的耐磨耗性和耐熔敷性提高，能够尽可能地抑制崩刃的发生、实现工具的长寿命化。

从而，本实施例即使对奥氏体系不锈钢也可发挥出良好的耐磨耗性和耐熔敷性，是能够实现切削工具的长寿命化的极为实用的构成。

以下对证实本实施例的效果的实验例进行说明。

作为成膜装置使用电弧放电式离子镀装置，将作为金属和半金属成分的蒸发源的各种组成的靶材安装在成膜装置内，另外，将作为反应气体的N₂气导入到成膜装置内，在作为成膜基材的超硬合金制4刃平头立铣刀(外径6mm)上形成规定的覆膜。基材的超硬合金使用由以WC为主成分的硬质粒子和以Co为主成分的结合材构成的、WC粒子的平均粒径为0.5μm、Co含量为10质量％的合金。在成膜时，按照基底层、第1覆膜层和第2覆膜层的膜厚为各种厚度的方式在上述基材立铣刀上成膜。

在切削试验中，使被切削材料为SUS304，在使用水溶性切削油的湿式加工条件下进行侧面切削。使外径为6mm的立铣刀以12000min^-1的旋转速度旋转，使进给速度为650mm/min、径向切入量为0.3mm、轴向切入量为2.0mm进行试验。在表1、表2的加工试验中，实施了加工时间为60min(加工初期)时的比较评价。

在表3的加工试验中，为了使因设置基底层所致的硬质覆膜的密合性的改善效果明显，进一步延长加工时间使其为180min实施比较评价。

即，将本实施例构成的硬质覆膜(实验例)、现有的硬质覆膜(现有例)、以及本发明范围外的硬质覆膜(比较例)分别利用上述手段被覆在立铣刀上，利用各立铣刀进行切削试验。将试验结果列于表1～表3。

需要说明的是，关于外周磨耗宽度，在刃直角方向测定从立铣刀尖端起的轴向的切入量为2.0mm的位置的外周刃的磨耗宽度(外周面侧)(参照图1)。关于最大熔敷宽度，在从立铣刀尖端起的轴向的切入量为2.0mm以内的区域内测定熔敷在外周刃上的熔敷物在刃直角方向的最大宽度(前刀面侧)(参照图2)。

由表1、表2确认到，与现有例和比较例相比，实验例中的立铣刀的外周磨耗宽度降低、以及耐熔敷性提高。

图3、表4分别为表2的实验例2、10的X射线衍射图谱。可确认到(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强。图5为现有例2的X射线衍射图谱，图6为实验例2与仅为基材的X射线衍射图谱的比较图。

在使用电弧放电式离子镀装置进行成膜的情况下，尽管为相同组成的靶材，但可通过成膜条件来控制覆膜的结晶取向性，在本实施例中，NaCl型结晶结构的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强，从而实现了优异的耐磨耗性。特别是(111)面的衍射强度与(200)面的衍射强度之比优选为I(111)/I(200)≥1.5。需要说明的是，尽管表中未记载，但各实验例中均已确认了I(111)/I(200)≥1.5。

另外，由表3确认到了，通过设置基底层，密合性得到改善，从而发挥出了更为优异的耐磨耗性和耐熔敷性。

Claims

1.一种切削工具用硬质覆膜，其是在基材上形成的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，

该硬质覆膜包含第1覆膜层和第2覆膜层，

所述第1覆膜层中，金属成分以原子％计由Al_(100-x)Cr_(x)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质，Al_(100-x)Cr_(x)中，25≤X≤35，

所述第2覆膜层中，金属成分以原子％计由Cr_(100-α)V_(α)表示，作为非金属元素至少包含N，并且包含不可避免的杂质，Cr_(100-α)V_(α)中，15≤α≤50，

所述第2覆膜层配置在最外表面。

2.如权利要求1所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，所述α为15以上25以下。

3.如权利要求1所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，所述第1覆膜层的膜厚T1与所述第2覆膜层的膜厚T2的比例为0.1≤T2/T1≤0.5，所述膜厚T1与所述膜厚T2的合计为2.0μm以上5.0μm以下。

4.如权利要求2所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，所述第1覆膜层的膜厚T1与所述第2覆膜层的膜厚T2的比例为0.1≤T2/T1≤0.5，所述膜厚T1与所述膜厚T2的合计为2.0μm以上5.0μm以下。

5.如权利要求1～4中任一项所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，在所述基材与所述第1覆膜层之间设有基底层，该基底层由Ti的氮化物或碳氮化物构成，该基底层的膜厚为0.20μm以上1.0μm以下。

6.如权利要求1～4中任一项所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，该硬质覆膜包含NaCl型结晶结构，由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强。

7.如权利要求5所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，该硬质覆膜包含NaCl型结晶结构，由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强。

8.如权利要求1～4中任一项所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，该硬质覆膜包含NaCl型结晶结构，由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强，设所述(111)面的衍射强度为I(111)、(200)面的衍射强度为I(200)时，满足下式(1)，

I(111)/I(200)≥1.5 (1)。

9.如权利要求5所述的切削工具用硬质覆膜，其特征在于，该硬质覆膜包含NaCl型结晶结构，由X射线衍射法测定的(111)面的衍射强度比(200)面的衍射强度强，设所述(111)面的衍射强度为I(111)、(200)面的衍射强度为I(200)时，满足下式(1)，

I(111)/I(200)≥1.5 (1)。