[发明专利]涂层切削刀具

说明书

本发明涉及一种涂层切削刀具，其包含硬质合金刀体和0.5‑10μm的(Ti，Al，Cr)N纳米层PVD涂层，所述PVD涂层具有平均组成Ti_aAl_bCr_cN，其中a＝0.25‑0.7，b＝0.3‑0.7且c＝0.01‑0.2，a+b+c＝1。所述硬质合金刀体具有如下组成：5‑18重量％Co，0.1‑2.5重量％Cr，0‑10重量％来自元素周期表中的第4、5和6族的金属的碳化物或碳氮化物，和余量的WC。

本发明涉及一种涂层切削刀具。所述涂层切削刀具包含硬质合金刀体和PVD涂层。

引言

其中PVD涂层沉积在硬质合金基底上的PVD涂层切削刀具是本领域众所周知的。

由多个不同组成的子层组成的纳米层PVD涂层已经使用了很长时间。这些涂层由不同的子层A、B、C...构成，所述子层通常是金属氮化物，其以例如A/B/A/B/A…或A/B/C/A/B/C/A…的方式重复沉积。单个子层通常具有3至100nm、常常5至25nm的厚度，这意味着对于每微米厚度的纳米层PVD涂层来说，子层总数较大。所述金属可属于元素周期表中的第4、5和6族，例如Ti、Zr、V和Cr，通常也与Al和Si一起。具体实例是例如其中个别层是TiAlN和TiN或具有不同Ti/Al比的不同TiAlN子层的纳米层涂层。

切削刀具中的硬质合金基底可具有多种不同含量的粘结相，通常为Co。除了主要组分WC之外，在一些情况下还可存在其它硬质成分，例如Ti、Ta和Nb的碳化物。也可能已添加了像Cr这样的元素。硬质合金中的组分的具体组合以及具体烧结工艺给出实际的微观结构并影响性能诸如韧性和硬度。

钢的铣削是工业中重要的金属切削操作。ISO P材料尤其被广泛使用。铣削操作是本质上通常为间歇性的要求高的金属切削操作。热负荷和机械负荷将随时间而变化。前者引起热张力，这可能导致涂层中所谓的热裂纹，而后者可能由于疲劳而引起切削刃的崩裂。因此，铣削中常见的磨损类型是裂纹和崩裂，即切削刃的小碎片从基底的其余部分松脱。如果在早期阶段涂层剥落，裂纹和崩裂两者可能增强。因此提高抗热裂性、刃韧性和抗剥落性对于增加刀具寿命非常重要。在用于铣削操作的切削刀具中通常使用PVD涂层。通常使用纳米层PVD涂层代替均匀的PVD涂层可以减少裂纹扩展穿过涂层。而且，具体包含较硬子层与较软子层相互夹层的纳米层涂层可以通过较软子层减震而进一步降低崩裂的风险。

因此，对于ISO P钢的铣削应用，需要一种涂层切削刀具，该刀具显示出良好的刃线韧性(刃线中的抗崩裂性)、良好的抗热裂性、良好的抗剥落性和良好的耐化学性和耐磨损性的总体组合。

与铣削相比，车削是一种连续的机加工操作。耐热性超级合金(HRSA)和钛(即ISOS材料)是例如航天工业中的重要材料。由于工件材料的特性，机加工ISO S材料具有挑战性。这些材料是硬质的且有涂抹性(smearing)。机加工它们会产生大量的热量并促进磨损机制，例如粘着、磨蚀和化学磨损。切口形成、剥落和崩裂是达到刀具寿命的常见原因。因此，对于ISO S材料的车削应用，需要一种涂层切削刀具，该刀具显示出良好的刃线韧性(刃线中的抗崩裂性)、耐磨蚀和化学磨损性以及良好的抗剥落性的总体组合。由于其韧性和热硬度，纳米晶高Al含量PVD涂层被广泛用于机加工ISO S材料。

EP 1 795 628 A1公开了一种用于钢合金和不锈钢的铣削的涂层切削刀具，其中含有8-11重量％Co和0.1-0.5重量％Cr的硬质合金基底涂覆有纳米层PVD涂层A/B/A/B/A…，其中子层A和B由Al_xTi_1-xN和Ti_yAl_1-yN组成，x＝0.4-0.7且y＝0.6-1，x<y。