改进的用于粗车削的涂层切削刀片的制作方法

文档序号:3360881阅读:272来源:国知局
专利名称:改进的用于粗车削的涂层切削刀片的制作方法
技术领域
本发明涉及涂层硬质合金切削工具刀片,其特别用于要求韧性的加工,例如钢的中等车削和粗车削。本发明将基材与韧性表面区域和涂层组合在一起,所述涂层具有至少一个(006)晶体结构化的α-Al2O3的层。
背景技术
当在钢的加工中使用硬质合金切削工具时,所述工具通过不同机理,例如磨料和化学磨损以及切削刃的破碎和断裂而被磨损。由多种气相沉积技术形成的耐磨性碳化物、 氮化物、碳氮化物和/或氧化物化合物的薄表面层是在现代切削工具的涂层中的通常组分。这些涂层有助于增加耐磨料磨损性,以及对于从所述切削表面到下面的硬质合金基材的热扩散起到热阻挡层的作用。在刃区域内的高温与高切削力的组合导致在所述基材的受影响的表面区域内蠕变的增加,并且所述切削刃塑性变形。因此至关紧要的是希望用于钢的加工的刀片提供良好的抗变形性、耐磨性和高韧性。上述不同的磨损机理在所述工具的不同应用中显现。用于中等车削至粗车削的切削工具级别必须具有足够高的本体韧性以耐受大的碎片与工具接触面积、在小的进刀量和切削深度下提供高的刃线完整性和韧性,同时对长时间切削的蠕变具有高的耐性。这些种类的级别一般在通常大尺寸的具有不规则形状的钢零件中用于第一次去皮切削,这些切削产生在切削刃处具有变化温度的间歇切削模式。因此,所述工具级别必须在韧性以及耐磨性方面显示优越性。

发明内容
发明目的本发明的目的是提供一种新的改进的α -Al2O3涂覆的用于钢和不锈钢的中等车削和粗车削的级别(grade),其具有良好的抗变形性、耐磨性和高韧性。已经发现具有强的、完全受控的(006)生长的晶体结构的、相对厚的成核α -Al2O3 与具有相对高钴含量的基材的组合,在钢的中等车削和粗车削中以及在不锈钢的车削中, 显示出增强的耐磨性与刃强度和韧性的组合。


图1显示了来自根据本发明的工具刀片的表面区域的抛光的横截面的光学图像,A =氧化铝层B = MTCVD 层C =富含粘结剂相的区域D =本体基材发明详述本发明组合了如下两种硬质合金基材的任一种与如下所述的(006)晶体结构化的Al2O3涂层。基材根据本发明,涂层切削工具刀片由具有如下组成的硬质合金本体组成,所述组成为8-1 Iwt%的Co、6. 5-1 Iwt%的Ti、Nb和Ti的碳化物和余量的WC。所述钴粘结剂相与钨高度溶合成合金。W在所述粘结剂相中的浓度可以表示为 S-值=σ/16. 1,其中σ是以μ Tm3Icg-1测量的所述粘结剂相的磁矩。所述S-值取决于钨在所述粘结剂相中的含量并随着钨含量的降低而增加。因此,对于纯的钴,或者用碳饱和的粘结剂,S= 1,和对于含有含量对应于形成η-相的边界线的W的粘结剂相,S = O. 78。S 应当稍高于0. 78的边界线值,优选0. 79-0. 90,最优选0. 80-0. 85。至少在一方面,所述硬质合金刀片具有10-40 μ m厚,优选20_40 μ m厚,最优选 20-30 μ m厚的、基本上不含立方碳化物相的和富含粘结剂相的表面区域,该表面区域具有的平均粘结剂相含量为标称粘结剂相含量的1. 2-2. 5倍。在第一个实施方案中,所述硬质合金具有如下组成9. 0-10. Owt %的Co, 6. 5-10wt%^ Ti、Nb 和 Ti 的立方碳化物,优选 3. 0-4. Owt%^ TaCU. 7-2. 7wt%^ NbC 和 2. 0-3. Owt %的TiC以及余量的WC。所述矫顽力为9-14kA/m,优选10. 5-12. 5kA/m。在第二个实施方案中,所述硬质合金具有如下组成9. 5-10. 5wt %的Co, 8. 0-11. Owt%的来自周期表第IVb、Vb和VHd族的金属的立方碳化物,优选Ti、Nb和Ti的立方碳化物,优选 4. 0-5. Owt % ^ TaC,2. 4-3. 4wt%^ NbC 和 2. 0-3. Owt % ^ TiC 以及余量的WC。所述矫顽力为8-13kA/m,优选9. 5-11. 5kA/m。涂层所述涂层由紧邻于所述基材的MTCVD Ti (C, N)第一层组成,该层的厚度为2至 ΙΟμπι,优选 5 至 7μπι。其可以被 CVD Ti (C,N)、CVD TiN, CVD TiC、MTCVD Zr (C, N)或它们的组合取代。所述第一层由粘结层,0.5-1.0μπι厚的(Ti,Al) (C,0,N)终止。优选地,在所述基材和所述第一层之间存在TiN的中间层,其具有小于3 μ m,优选0. 5-2 μ m的厚度。在所述粘结层的上面,沉积α-Al2O3层。根据本发明所述的α-Al2O3层由具有柱状晶粒的成核α-Al2O3组成,所述柱状晶粒具有强的(006)晶体结构。所述柱状晶粒的长 /宽比例为2至12 μ m,优选4至8 μ m。所述氧化铝层的厚度为2至9 μ m,优选4至6 μ m。 该(006)晶体结构化的α-Al2O3层是最上层,并且α-Al2O3的表面被湿喷砂。通常所述表面的粗糙度为Ra = 0. 5-1. 0 μ m,优选0. 5-0. 7 μ m。所述α -Al2O3层的晶体结构系数(TC)如下确定
权利要求
1.切削工具刀片,其尤其用于要求韧性的加工,例如钢的中等车削和粗车削,以及用于不锈钢的车削,该切削工具刀片由硬质合金基材和涂层组成,其特征在于 所述硬质合金基材包含-WC,8-1 Iwt % ^ Co 和 6. 5-11. Owt % 的金属 Ta、Nb 和 Ti 的碳化物; -8-14kA/m的矫顽力;-与具有0. 79-0. 90的S-值的W高度溶合成合金的Co-粘结剂; -所述硬质合金基材具有富含粘结剂相的并且基本上不含立方碳化物的表面区域,所述表面区域的厚度为10-40 μ m, 所述涂层包含-至少一个2-9 μ m的α -Al2O3氧化铝层,该层由柱状晶粒组成,该柱状晶粒具有如下晶体结构系数a)TC (006)大于2,优选大于3,但小于6,优选小于5 ;b)TC (012)、TC (110)、TC (113)、TC (202)、TC (024)和 TC (116)全部小于 1 ;c)TC(104)是第二高的晶体结构系数,所述α-Al2O3层的晶体结构系数(TC)如下确定TCihkl) = 7_1 今 I(Jikl) I0(Hkl)Inti I0(Hkl)其中I(hkl) = (hkl)反射的强度;I0(hkl)=根据JCPDS卡号46-1212的标准强度;η=在计算中使用的反射的数目;所用的(hkl)反射是(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(202)、(024)和(116)。
2.根据前述权利要求所述的切削刀片,其特征在于所述柱状α-Al2O3晶粒的长/宽比为2至12,优选4至8。
3.根据前述权利要求所述的切削工具刀片,其特征在于所述涂层还包含紧邻所述硬质合金基材的第一层,该第一层由如下物质组成CVD Ti (C,N)、CVD TiN, CVD TiC、MTCVD Ti (C,N) ,MTCVD Ti (C,0,N)或其组合,优选Ti (C,N),其厚度为2至10 μ m,优选5至7 μ m。
4.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具刀片,其特征在于涂层总厚度为 7-15 μ m, ^it 9—13 μ m。
5.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具刀片,其特征在于所述α-Al2O3层是最上层,并且其Ra值小于1. 0 μ m,优选小于0. 7 μ m。
6.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具刀片,其特征在于组成为 9. 0-10. Owt %的Co,6. 5-10wt%&Ti、Nb和Ti的立方碳化物以及余量的WC,并且矫顽力为 9-14kA/m。
7.根据权利要求6所述的切削工具刀片,其特征在于组成为3.0-4.0衬%的1^、 1. 7-2.NbC 和 2. 0-3. Owt %的 TiC,并且矫顽力为 10. 5-12. 5kA/m。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的切削工具刀片,其特征在于所述硬质合金基材的组成为9. 5-10. 5衬%的Co、8. 0-11. 5衬%的Ti、Nb和Ti的碳化物以及余量的WC,并且矫顽力为8-13kA/m。
9.根据权利要求1至5和8中任一项所述的切削工具刀片,其特征在于所述硬质合金基材的组成为4. 0-5. Owt %的TaC、2. 4-3.NbC和2. 0-3. Owt %的TiC,并且矫顽力为 9. 5-11. ^A/m。
10.根据前述权利要求所述的刀片在如下条件下用于钢的中等加工和粗加工的用途, 所述条件为切削速度为110-400m/分钟,切削深度为0. 5-5. Omm和进刀量为0. 1-0. 65mm/转。
全文摘要
本发明涉及切削工具刀片,其由硬质合金基材(D)和涂层组成。所述刀片用于钢的中等加工和粗加工。本发明的目的是提供一种涂层工具刀片,其具有良好的抗变形性、良好的耐磨性和高的韧性。所述硬质合金基材包含WC,8-11wt%的Co,6.5-11wt%的来自第IVb、Vb和VIb族的金属的立方碳化物,以及粘结剂相,该粘结剂相与钨高度溶合成合金。所述基材具有富含粘结剂相的表面区域(C)。所述硬质合金具有8-14kA/m的矫顽力。所述涂层包含至少一个2-9μm厚的α-氧化铝层(A),该层由晶体结构系数TC(006)为大于2且小于6的柱状晶粒组成。同时,TC(012)、TC(110)、TC(113)、TC(202)、TC(024)和TC(116)全部小于1,且TC(104)是第二高的晶体结构系数。涂层总厚度为7至15μm。
文档编号C23C16/40GK102245811SQ200980150256
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月17日 优先权日2008年12月18日
发明者欣德里克·恩斯特伦, 汉纳·林德 申请人:山高刀具公司
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