[發明專利]表面包覆立方晶氮化硼基超高壓燒結材料制切削工具

有效

• 申請號: 201110329048.3
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102528104A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 西山滿康;高岡秀充;長田晃;岡田義一;佐伯卓司
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: B23B27/14
• 分類號: B23B27/14;B23C5/00;B23P15/28;B32B9/04
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳萬青;王珍仙

技術領域

本發明涉及一種表面包覆立方晶氮化硼基超高壓燒結材料制切削工具(以下，稱為包覆cBN基燒結工具)，該切削工具的硬質包覆層具備優異的高溫硬度、高溫強度、耐熱性以及優異的粘附性，因此即使在合金鋼、軸承鋼的淬火材等高硬度鋼的高速切削加工中使用時，也能夠發揮優異的耐剝離性，并經長時間切削也能夠維持工件的優異的精加工面精度，其在由立方晶氮化硼基超高壓燒結材料構成的切削工具基體的表面形成硬質包覆層。

背景技術

通常，包覆cBN基燒結工具中已知有如下工具：在各種鋼或鑄鐵等工件的車削加工中裝卸自如地安裝在車刀前端部而使用的可轉位刀片；或者與裝卸自如地安裝可轉位刀片而使用于面削加工或槽加工以及臺階加工等的實心式立銑刀相同地進行切削加工的可轉位立銑刀等。

并且，作為包覆cBN基燒結工具，已知有在由各種立方晶氮化硼基超高壓燒結材料(以下，稱為cBN基燒結材料)構成的工具主體的表面蒸鍍形成Ti氮化物(TiN)層、Ti和Al的復合氮化物([Ti，Al]N)層等表面包覆層而成的包覆cBN基燒結工具，還已知這些工具用于例如各種鋼或鑄鐵等的切削加工。

另外，還已知所述包覆cBN基燒結工具可通過如下步驟制造：例如在圖1中以簡要說明圖示出的作為物理蒸鍍裝置的一種的電弧離子鍍裝置中裝入所述切削工具基體，在用加熱器將裝置內加熱至例如500℃的狀態下，在包括金屬Ti或分別具有預定組成的Ti-Al合金的陰極電極(蒸發源)與陽極電極之間外加例如90A的電流來產生電弧放電，同時向裝置內導入氮氣作為反應氣體，并設成例如2Pa的反應氣氛，另一方面，在對所述切削工具基體外加例如-100V的偏壓的條件下，在所述切削工具基體的表面蒸鍍形成TiN層或[Ti，Al]N層等所期望的成分組成的層(例如，參考專利文獻1)。另外，還已知有調整形成于所述切削工具基體的表面的硬質包覆層的表面粗糙度及殘余應力來提高耐磨性、耐缺損性的表面包覆切削工具(例如，參考專利文獻2)。

專利文獻1：日本專利公開2007-190668號公報

專利文獻2：日本專利公開2006-263857號公報

近年來切削加工裝置的FA化驚人，另一方面對切削加工的節省勞力化及節能化以及低成本化的要求強烈，伴隨此，切削加工有要求除了在通常的切削條件之外，還在更高速條件下的切削加工的傾向，但是所述以往包覆工具中，當在通常條件下切削加工各種鋼或鑄鐵時不會產生特別的問題。但是，當將此使用于合金鋼、軸承鋼的淬火材等具有維氏硬度(C標尺)50以上的較高硬度的高硬度鋼的高速連續切削或高速斷續切削時，由于cBN基燒結材料與硬質包覆層的附著強度不充分，因此刀尖上產生剝離，存在切削壽命下降之類的課題。

因此，本發明人等從如上述觀點考慮，為了開發出尤其在合金鋼、軸承鋼的淬火材等高硬度鋼的高速連續切削或高速斷續切削(以下，只稱為“高速切削”)加工中硬質包覆層發揮優異的耐剝離性的包覆cBN基燒結工具而進行了研究，得到了以下(a)～(d)所示的研究結果。

(a)構成硬質包覆層的Ti和Al的復合氮化物([Ti_1-XAl_X]N)層在含Al比例X(原子比)值為0.30～0.60的范圍內具有預定的耐熱性、高溫硬度及高溫強度，并且具備有通常切削加工條件下所需的耐磨性，但是在刀刃部伴有極大發熱或者同時對刀刃部施加斷續性或沖擊性較大的機械性負載的高硬度鋼的高速切削加工中，由于包括Ti和Al的復合氮化物([Ti_1-XAl_X]N)層的硬質包覆層的高溫強度不足，因此在刀刃的邊界部分產生邊界異常損傷，而且因此無法維持工件的精加工面精度，在較短時間內達到使用壽命。

(b)另一方面，Ti氮化物(TiN)層具有優異的高溫強度、耐沖擊強度，但是由于耐熱性、高溫硬度不是很充分，因此在伴有較大發熱且施加較大機械性負載的高硬度鋼的高速切削加工中，即使僅由Ti氮化物(TiN)層構成硬質包覆層，也算不上具備充分的耐磨性。