[发明专利]耐崩刀性优异的表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及表面包覆切削工具(以下称为包覆工具)，即使在伴随高热产生且特别是向刀刃施加断断续续的负荷的高速断续切削条件下，对例如钢或铸铁等被切削材料进行切削加工时，硬质包覆层由于具有优异的层间密合强度，不会在刀刃发生崩刀(微小缺口)，经长期使用发挥优异的切削性能。

本申请基于2009年10月30日在日本申请的日本特愿2009-250199号、2010年3月23日在日本申请的日本特愿2010-65527号、2010年10月6日在日本申请的日本特愿2010-226353号以及2010年10月6日在日本申请的日本特愿2010-226354号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

目前，在碳化钨基硬质合金制基体(以下称为硬质合金基体)或者TiCN基金属陶瓷基体(以下称为金属陶瓷基体。而且，将硬质合金基体和金属陶瓷基体统称为工具基体)的表面，蒸镀形成有包含以下的下部层(a)、上部层(b)的硬质包覆层的包覆工具广为人知(例如专利文献1)。

(a)下部层：具有3～20μm整体平均层厚的包含TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层以及TiCNO层中的1层或2层以上的Ti化合物层。

(b)上部层：具有1～15μm的平均层厚，在被化学蒸镀形成的状态下具有α型结晶结构的氧化铝(以下以Al₂O₃表示)层。

已知该包覆工具在钢或铸铁等的切削加工中发挥优异的耐磨损性。

而且，还知道为了提高包覆工具的耐破损性、耐冲击性、耐磨损性等，构成硬质包覆层的下部层的TiCN层的粒子宽度设为0.01～0.5μm的包覆工具(例如专利文献2)。

专利文献1：日本特公昭50-14237号公报

专利文献2：日本特开2007-260851号公报

近年来对切削加工的省力化和节能化的要求变强，随之，切削加工越来越有高速化、高效率化的趋势，而另一方面，从实现工具寿命的延长化的观点考虑还要求硬质包覆层的厚膜化，但在使用形成了含有作为下部层的Ti化合物层、作为上部层的Al₂O₃层的硬质包覆层的现有包覆工具进行钢或铸铁的高速断续切削加工时，硬质包覆层会产生微小崩刀、层间剥离等，因此目前的现状是在较短时间内达到使用寿命。

发明内容

因此，本发明人为了改善包覆工具的耐崩刀性、耐剥离性，对硬质包覆层的层结构进行深入研究的结果，得到了如下见解。

包覆工具的硬质包覆层之中，由TiC层、TiN层、TiCN层、TiCO层及TiCNO层中的1层或2层以上形成的Ti化合物层构成的下部层，通过其自身具备的优异的高温强度有助于提高硬质包覆层的高温强度，而且，Al₂O₃层构成的上部层由于耐氧化性和热稳定性优异、进而具有高硬度，但在伴随高热产生、特别是在高负荷断断续续地作用于刀刃的高速断续切削中，由于下部层-上部层间的密合强度不充分，成为发生微小崩刀、层间剥离的主要原因。

因此，为了提高下部层-上部层的界面密合强度，对于两层的密合界面区域的改性进行多次实验的结果，发现通过改善下部层与上部层邻接的界面的晶粒结构，可提高下部层与上部层的界面密合强度。

具体地，Al₂O₃层正下方的Ti化合物层的晶粒的平均粒径设为0.5μm以下，并且以存在于下部层与上部层邻接的界面的、下部层侧的晶粒(Ti化合物)数a1与上部层侧的晶粒(Al₂O₃)数b1的比率b1/a1满足4＜b1/a1＜20的方式蒸镀形成下部层及上部层时，能缓和下部层与上部层的界面发生的变形，由此下部层-上部层界面的层间密合性得到提高。

并且，为了提高下部层-上部层的界面密合强度，对于两层的密合界面区域的改性进一步进行多次实验的结果发现，将工具区域分为包括切削刃部1、后刀面部2及前刀面部3的三个区域时，通过在该每个区域改善下部层与上部层邻接的界面的晶粒结构，下部层与上部层的界面密合强度得到提高。