[发明专利]硬质包覆层维持优异耐热性及耐磨性的表面包覆切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具（以下，称为包覆工具），其在切削时通过使硬质包覆层中含有金属硼化物来发挥优异的耐热性，在高硬度钢的高速车削加工中也长期维持优异的耐磨性和耐龟裂性。

背景技术

包覆工具中一般已知有,在各种钢或铸铁等工件的车削加工中所使用的装卸自如地安装于车刀的前端部的刀片、或装卸自如地安装该刀片且与用于端面切削加工或槽加工还有台阶面加工等的实心式立铣刀相同地进行切削加工的刀片式立铣刀等。

例如，如专利文献1所示，已知有如下包覆工具，其在高速钢基体的表面形成有由下部层、中间层、上部层构成的硬质包覆层而成，所述下部层由TiC、TiN、TiCN中的一种单层或2种以上的多层构成且平均层厚为0.5～5μm，所述中间层由Ti和Al的复合氮化物构成且平均层厚为0.5～5μm，所述上部层由Ti和Al的复合氮氧化物构成且平均层厚为0.5～5μm。即，已知有在最表面包覆（Ti，Al）（Ｏ，N）并促进氧化物的形成，且提高化学稳定性的包覆工具。

并且，如专利文献2所示，已知有在基体表面包覆由选自Al、Si、Cr、W、Ti、Nb、Zr中的一种以上的金属元素构成的硼化物皮膜的包覆工具，其特征在于，该硼化物皮膜具有六方晶结晶结构，X射线衍射中在（001）面具有最强衍射强度，残余压缩应力为0.1GPa以上，并且在硼化物皮膜的X射线衍射中（001）面的半峰宽Hw值为0.6≤Hw≤1.1。

并且，如专利文献3所示，已知有在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛类金属陶瓷构成的硬质基体表面物理蒸镀由以下（a）及（b）构成的硬质包覆层而成的表面包覆硬质合金制切削工具，（a）作为表面层具有0.8～5μm的平均层厚的Cr硼化物层，（b）作为耐磨硬质层满足组成式：（Ti_1-XAl_X）N（x=0.40～0.75），且具有0.8～5μm的平均层厚的Ti和Al的复合氮化物层。

专利文献1：日本专利公开平7-328811号公报

专利文献2：日本专利公开2008-238281号公报

专利文献3：日本专利公开2006-26883号公报

近几年的切削加工装置的FA化显著，除此之外对切削加工的节省劳力化、节能化、低成本化及效率化的要求也强烈，随此，有与高进给、高切削深度等相比要求高效率的重切削加工的倾向，但在所述以往包覆工具中，现状如下：在通常条件下切削加工各种钢或铸铁时不会发生特别的问题，但在用于易前端磨损的钛合金等的高硬度钢的高速车削加工时，由于导热率及耐热性不充分而易在刀片产生龟裂，并且磨损相对较快，因此在较短的时间内就达到使用寿命。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术性课题，即本发明的目的在于提供一种即使在高速车削加工高硬度钢时，也仍然维持导热率及耐热性且发挥优异的耐磨性及耐龟裂性的表面包覆切削工具。

因此，本发明人等从如前述观点出发，为了提高包覆工具的导热率和耐热性、并延长使用寿命，进行深入研究的结果得到了如下见解：一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金烧结体或高速钢构成的工具基体上具有硬质包覆层，其中由下部层和上部层构成硬质包覆层，所述下部层由形成于工具基体上的由（Ti_1-xAl_x）N（其中x=0～0.7）的成分体系构成且具有1～5μm的平均层厚的Ti和Al的复合氮化物层构成，所述上部层形成于该下部层上且由具有0.5～3μm平均层厚的铬硼化物层构成，并且在下部层和上部层的界面测定邻接的晶粒的取向差时,使（Ti_1-xAl_x）N的（111）取向和铬硼化物的（0001）取向的角度差存在于0～5度的范围的界面长度占整体的线段比例为50%以上，从而能够改善上部层与下部层的粘附性，并提高工具的耐磨性特性。

以往的包覆工具的由（Ti，Al）N层构成的硬质包覆层，例如在图2所示的一种物理蒸镀装置、即具有电弧离子镀蒸镀源和直流溅射蒸镀源的成膜装置上，安装由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体，并通过如下来制造，例如，在蒸镀初期以如下条件形成（Ti，Al）N层（以下，称为以往（Ti，Al）N层），

装置内加热温度：300～500℃、

外加于工具基体的直流偏置电压：-30～-50V、

阴极电极：TiAl合金、

电弧电流值：100～120A

装置内气体种类：只有氮（N₂）气体