專利名稱：具有硬質(zhì)合金涂層的嵌入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有硬質(zhì)合金涂層的刀具嵌入件，它用于對刀刃的耐磨性和韌性性能有很高要求的普通鋼用途中的機加工。該刀具尤其適用于對不銹鋼進行車削。
背景技術(shù)：
當在對鋼進行機加工中使用硬質(zhì)合金刀具時，該刀具會由于不同機理例如磨蝕和化學侵蝕、刀刃的剝落和斷裂而磨損。不銹鋼的切削被認為是一種特別困難的機加工操作，因為除了上述磨損機理之外，粘附磨損也是非常突出的。在切削操作過程中，當污損材料例如不銹鋼連續(xù)地粘附在刀刃上和從刀刃上撕去材料時就產(chǎn)生了粘附磨損。因此當加工不銹鋼時工具的壽命通常是很短的。另外，當以高的切削速度切削不銹鋼時，傳遞給刀刃的熱能非常大，因此刀具的刀刃可能會部分或者完全塑性變形。刀刃的這種損壞模式被稱之為塑性變形磨損。對耐塑性變形性能的極高要求與對刀刃韌性的極高要求形成鮮明對比。
已知有這樣的多層涂層，它包括交替層壓在基底上的由不同材料形成的第一和第二涂層，每層第一涂層具有第一厚度且每層第二涂層具有第二厚度。這兩種層優(yōu)選應該具有不同的晶體結(jié)構(gòu)和/或至少不同的晶格間距。這種技術(shù)的一個實施例為通過短暫的TiN沉積工藝來周期性地中斷Al2O3生長，從而得到(Al2O3+TiN)x多層結(jié)構(gòu)，參見例如第12屆歐洲CVD會議論文集第8-349頁。GB2048960A披露了一種具有由不同組分的硬質(zhì)材料構(gòu)成的厚度為0.02至0.1μm的多個交替層的多層涂層。US4599281披露了一種具有交替的鋁-硼混合氧化物層和例如Ti(C，N，O)的另一層氧化物層的多層涂層。Dreyer和Kolaska在MetalSociety(Book278)，London，England(1982)112-117上報道了一種Al-O-N多層。在US4984940中，Bryant等人披露了一種由具有6.1-6.5wt％鈷的硬質(zhì)合金基底、包括碳氮化鈦底層的涂層然后是由多層氧化鋁構(gòu)成的多層涂層構(gòu)成的切削嵌入件。在US5700569中也要求保護了一種具有包括6-8層氧化鋁層的涂層的硬質(zhì)合金基底。WO99/58738披露了一種由硬質(zhì)耐磨基底和大約為50層的CVD多層構(gòu)成的刀具。EP-A-1103635要求保護了一種刀具，它由具有9.0-10.9wt％鈷的硬質(zhì)合金基底和包括中溫CVD(MTCVD)沉積TiCN層以及由總共7-41層α-氧化鋁和TiN或Ti(C，N)構(gòu)成的多層的涂層構(gòu)成。EP-A-1245698、EP-A-1245700和EP-A-1209255也涉及多層涂層。
在EP-A-127416、EP-A-298729、EP-A-693574和EP-A-683244披露了通過機械后處理來磨光這些涂層以例如減小刀具和工件之間的摩擦。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種能夠同時承受所有上述磨損模式的刀具嵌入件。
本發(fā)明還有一個目的在于消除現(xiàn)有技術(shù)刀具產(chǎn)品的缺陷并且提供一種高性能刀具。
本發(fā)明再一個目的在于提供一種在不銹鋼車削操作中具有優(yōu)良切削性能的刀具。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，具有包括由多層交替的Al2O3和TiCxNYOz層構(gòu)成的經(jīng)機械后處理的多層的涂層的硬質(zhì)合金切削嵌入件可以滿足這些要求。該嵌入件尤其在間歇切削期間具有優(yōu)異的韌性，并且對于粘附磨損和塑性變形具有良好的忍受力。


圖1為本發(fā)明涂層的橫斷面的掃描電子顯微照片(SEM)，其中A.TiNB.柱狀Ti(C，N)C.TiND.多層(Al2O3+TiN)6Al2O3以及E.TiN+TiC+TiN；圖2.1為沒有經(jīng)過后處理的刀刃的橫斷面的示意圖；圖2.2為根據(jù)本發(fā)明經(jīng)過后處理的刀刃的橫斷面的示意圖，其中除去了最外面涂層E；圖2.3為根據(jù)本發(fā)明經(jīng)過后處理的刀刃的橫斷面的示意圖，其中除去了最外面涂層E和多層(Al2O3+TiN)xAl2O3；圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)過后處理的刀刃的橫斷面的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明經(jīng)過后處理的刀刃的SEM照片；圖5為其各個氧化鋁層更厚的參考刀具的經(jīng)過后處理的刀刃的SEM照片(嵌入件D)。
具體實施例方式
更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于WC+Co的硬質(zhì)合金基底，它添加有立方碳化物、特定晶粒尺寸范圍內(nèi)的WC晶粒、具有特定組分范圍的WC+Co以及位于硬質(zhì)合金基底上的涂層，該涂層包括等軸TiCxNyOz的最里面薄層、之后為柱狀TiCxNyOz層、等軸TiCxNyOz薄層、具有周期性變化的TiCxNyOz和Al2O3層(x+y+z≤1)的多層和TiCxNy(x+y≤1)的最外面層。至少在與圍繞著刀刃離開工件的材料直接接觸的區(qū)域中沒有非氧化物最外層。
該硬質(zhì)合金基底的組分應該為7-10.5wt％優(yōu)選為8.0-9.5wt％的Co和0.2-1.6wt％優(yōu)選為0.4-1.0wt％的金屬Ta、Nb和Ti的立方碳化物或者其它來自元素周期表的族IVb、Vb或VIb中的元素的碳化物以及平衡量的碳化鎢(WC)。WC其平均晶粒大小優(yōu)選為1.5-3.5μm、更優(yōu)選為1.9-2.1μm。
在可選實施方案中，硬質(zhì)合金基底在表面附近具有耗盡了立方碳化物并且富集有粘合劑的空間。從該表面直到立方碳化物耗盡部分的盡頭所測量出的距離應該為5-50μm。在該實施方案中，該組成包括7.0-10.5wt％Co和4.0-9.0wt％立方碳化物以及平衡量碳化鎢(WC)。所述立方碳化物可以包括相當多的N和O，從而微觀結(jié)構(gòu)成分應該稱為例如氮化碳或氧代氮化碳(oxycarbonitride)。立方碳化物優(yōu)選為Nb、Ta和Ti、但是可以包括來自元素周期表的族IVb、Vb或Vib中的元素的碳化物。N的量應該為0.01-0.2wt％。
在第一實施方案中，根據(jù)本發(fā)明沉積在硬質(zhì)合金基底上的硬質(zhì)耐磨耐火涂層(圖1)包括最里面的第一TiCxNyOz層(A)，其中x+y+z≤1，優(yōu)選y＞x并且z＜0.2，最優(yōu)選為y＞0.8且z＝0，而且等軸晶粒其尺寸＜0.5μm并且總厚度＜1.5μm但是＞0.1μm優(yōu)選為0.1-0.6μm。
第二TiCxNyOz層(B)，其中x+y+z≤1，優(yōu)選z＝0、x＞0.3并且y＞0.3，最優(yōu)選為x＞0.5，而且柱狀晶粒其厚度為0.4-3.9μm優(yōu)選為1.5-3.0μm。
在第一實施方案中的第三TiCxNyOz層(C)，其中x+y+z≤1，優(yōu)選y＞x并且z＜0.2，最優(yōu)選為y＞0.8且z＝0，而且等軸晶粒其尺寸＜0.5μm并且總厚度＜1.5μm但是＞0.1μm，優(yōu)選為0.2-0.8μm，該層(C)在第二實施方案中被去掉。
這些層A+B+C的總厚度為0.7-4.5μm，優(yōu)選為1.2-4.0μm。更優(yōu)選的是，層A和C每個都比層B薄。
由多個交替的Al2O3和TiCxNyOz(x+y+z≤1)層且優(yōu)選為к-Al2O3和TiN層構(gòu)成的多層(D)。多層中的最里面層和最外層是Al2O3層。包括TiCxNyOz-和Al2O3層在內(nèi)的這些層的總數(shù)為5-31，優(yōu)選為11-15層。Al2O3層其單獨的層厚＜0.5μm，優(yōu)選為0.2-0.5μm。TiCxNyOz-層其單獨的層厚為0.01-0.2μm，優(yōu)選為0.02-0.15μm。該多層的總厚度為1.0-4.0μm，優(yōu)選為1.5-3.5μm。Al2O3層的晶粒大小等于或小于Al2O3層的厚度。
由以TiCxNy(x+y≤1)或其結(jié)合的順序的一層或多層構(gòu)成的最外層系統(tǒng)(E)，優(yōu)選為以TiN、TiC和TiN的順序的三層。其總厚度為＜2.0μm但是＞0.1μm，優(yōu)選為0.2μm-1.0μm。
這些層A-E的總厚度為2.0-8.0μm，優(yōu)選為4.0-7.0μm。
在刀刃周圍沒有該涂層的最外部分，從而該區(qū)域?qū)谠谇暗睹嫔系那行冀佑|位置以及在后刀面上與工件的接觸位置。最優(yōu)選的是，當在近處的幾何結(jié)構(gòu)上存在主刀棱面時，該未涂覆區(qū)域?qū)谠谇暗睹嫔系闹鞯独饷?，從而缺失涂層的長度按照從圖2.2中限定的點以透視垂直的方式通到嵌入件面的平面計算，在前刀面上是“a”，在后刀面上是“b”，也就是前刀面上的暴露是“a”，在后刀面上的暴露是“b”。這些長度取決于不同的嵌入件的幾何結(jié)構(gòu)和嵌入件尺寸等，但是不管是否存在主刀棱面，在前刀面上，優(yōu)選對應于0.03mm＜a＜0.9mm，0.02mm＜b＜0.2mm，并且a＞b，優(yōu)選a＞1.5b。在一個實施方案中，沒有E層。在另一個實施方案中在該區(qū)域的那些部分中沒有D層和E層。
在刀刃線處除去最外層(E)會將Al2O3層沿著刀刃線暴露。該刀刃線被定義為刀具嵌入件的刀刃被磨刀石磨過的部分。圖2.1中顯示了未經(jīng)過處理的刀刃線，圖2.2和圖2.3中顯示了經(jīng)過后處理的刀刃線。優(yōu)選的是，只有非氧化物頂層和部分多層被除去。但是在刀刃線的較少部分處(圖2.3)，可以看見TiCxNyOz層(A+B+C)。
本發(fā)明還涉及一種制造上述涂布的刀具嵌入件的方法，該刀具嵌入件優(yōu)選包括基于WC-Co的硬質(zhì)合金體，它包括少于1.6wt％的立方碳化物，WC+Co的組成為7-10.5wt％且優(yōu)選為8.0-9.5wt％的Co和0.2-1.6wt％的立方碳化物以及平衡量的碳化鎢(WC)。WC其平均晶粒大小為1.5-3.5μm。該硬質(zhì)合金體主要是通過如下方法制造，即粉末混合、球磨機研磨、噴霧干燥、某些壓縮方法、然后是采用傳統(tǒng)方法的燒結(jié)，并在涂布之前進行預處理。
在另一個實施方案中，該硬質(zhì)合金基底的制造方法通過在加入少量氮之后在真空中燒結(jié)，而獲得表面附近的耗盡立方碳化物但是富集了粘合劑相的空間。從表面直至立方碳化物耗盡部分的盡頭所測量的距離應當為5-50μm。在該實施方案中，組成包括7-10.5wt％的Co和4.0-9.0wt％的立方碳化物以及平衡量的碳化鎢(WC)。所述立方碳化物含有大量的N和O，從而某些微結(jié)構(gòu)成分應當被稱之為例如氮化碳或氧代氮化碳。該立方碳化物優(yōu)選是Nb、Ta和Ti、但是可以包括來自元素周期表的族IVb、Vb或VIb中的元素的碳化物?；字蠳的量應該為0.01-0.2wt％。
然后該硬質(zhì)合金體涂布有(最里面的)第一TiCxNyOz層(A)，其中x+y+z≤1，優(yōu)選y＞x并且z＜0.2，最優(yōu)選為y＞0.8且z＝0，而且等軸晶粒其尺寸＜0.5μm并且總厚度＜1.5μm但是＞0.1μm，采用已知的化學氣相沉積CVD方法形成；TiCxNyOz層(B)，其中x+y+z≤1，優(yōu)選z＝0、x＞0.3并且y＞0.3，而且柱狀晶粒其厚度為0.4-3.9μm優(yōu)選為1.5-3.0μm，優(yōu)選采用中等溫度的CVD、MTCVD技術(shù)(采用乙腈作為碳源和氮源，用于在700-900℃的溫度范圍內(nèi)形成層)。確切的條件依賴于所采用的設(shè)備的設(shè)計程度，但是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的已知范圍內(nèi)；
TiCxNyOz層(C)，其中x+y+z≤1，優(yōu)選y＞x并且z＜0.2，最優(yōu)選為y＞0.8且z＝0，而且等軸晶粒其尺寸＜0.5μm并且總厚度＜1.5μm但是＞0.1μm，采用已知的CVD方法來形成。該層(C)在第二實施方案中被去掉；這些層A+B+C的總厚度為0.7-4.5μm，優(yōu)選為1.2-4.0μm。更優(yōu)選的是，層A和C每個都比層B薄。
多層(D)，由多個交替的Al2O3和TiCxNyOz(x+y+z≤1)層且優(yōu)選為к-Al2O3和TiN層采用已知的CVD方法構(gòu)成。該多層序列的最里層和最外層是Al2O3層。包括TiCxNyOz-和Al2O3層在內(nèi)的這些層的總數(shù)為5-31，優(yōu)選為11-15層。Al2O3層其單獨的層厚＜0.5μm，優(yōu)選為0.2-0.5μm。TiCxNyOz-層其單獨的層厚為0.01-0.2μm，優(yōu)選為0.02-0.15μm。該多層的總厚度為1.0-4.0μm，優(yōu)選為1.5-3.5μm。Al2O3層的晶粒大小等于或小于Al2O3層的厚度。
優(yōu)選的是，由按照TiCxNy(x+y≤1)或其結(jié)合的順序的一層或多層采用已知的CVD方法構(gòu)成的最外層系統(tǒng)(E)。其總厚度為＜1.5μm。
G.這些層A-E的總厚度為2.0-8.0μm。
對該涂層通過刷、噴砂、碾磨操作或其結(jié)合進行機械后處理以沿著刀刃線暴露該多層，從而前刀面和后刀面上分別與切屑和工件接觸的區(qū)域得到處理。
在優(yōu)選的方法中，設(shè)有包含有SiC顆粒的兩個尼龍刷子，并且將底座和嵌入件如此定位，從而一個刷子主要刷前刀面，而另一個刷子主要刷后刀面以在嵌入件的前刀面和后刀面上實現(xiàn)所要求的性能。
實施例以下嵌入件和實施例選作用來解釋本發(fā)明的優(yōu)點。這些實施例總結(jié)在表1中。
在每個實施例中的嵌入件都采用同樣的條件進行測試。
嵌入件A本發(fā)明的硬質(zhì)合金車削嵌入件其組成為8.75wt％的Co，1.17wt％的Ta，0.29wt％的Nb以及平衡量的WC，平均WC晶粒尺寸為2.0μm，它涂布有0.5μm的TiN(最里層)，2.2μm的柱狀Ti(C，N)，以及0.5μm的等軸的TiN，帶有250nm厚的к-Al2O3層和80nm厚的TiN層的2.2μm的(к-Al2O3+TiN)6к-Al2O3多層以及0.5μm的TiN+TiC+TiN的最外層。該涂層沿著刀刃線用含有SiC晶粒的尼龍刷進行后處理。最外涂層在前刀面和后刀面除去a＝0.1mm和b＝0.05mm。
嵌入件B商用硬質(zhì)合金車削嵌入件具有10.5wt％的Co，1.16wt％的Ta，0.28wt％的Nb以及平衡量的WC，平均晶粒尺寸為1.7μm，它涂布有最里層的0.5μm的等軸TiN層，4.0μm的柱狀Ti(C，N)，1.0μm的к-Al2O3層以及0.5μm的TiN+TiC+TiN的最外層。該涂層沿著刀刃線用含有SiC晶粒的尼龍草桿刷進行刷擦處理。最外涂層根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)沿著刀刃線除去a＝0.025mm和b＝0.05mm。
嵌入件C硬質(zhì)合金車削嵌入件其組成為9.15wt％的Co，1.17wt％的Ta，0.29wt％的Nb以及平衡量的WC，平均WC晶粒尺寸為1.7μm，它涂布有0.5μm的TiN(最里層)，2.2μm的柱狀TiCN，1.8μm的(к-Al2O3+TiN)5к-Al2O3多層以及0.5μm的TiN最外層。該涂層沿著刀刃線用含有SiC晶粒的尼龍刷進行后處理。最外涂層根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)沿著刀刃線除去a＝0.025mm和b＝0.05mm。
嵌入件D用與C同樣的基底，它涂布有0.5μm的TiN(最里層)，2.3μm的柱狀Ti(C，N)，1.9μm的(к-Al2O3+TiN)3к-Al2O3多層以及0.5μm的TiN最外層。該涂層沿著刀刃線用含有SiC晶粒的尼龍刷進行后處理。最外涂層根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)沿著刀刃線除去a＝0.025mm和b＝0.05mm。
嵌入件E用與C同樣的基底，它涂布有最里層的0.5μm的等軸TiN層，2.2μm的柱狀Ti(C，N)，1.5μm的к-Al2O3以及0.5μm的TiN+TiC+TiN最外層。最外涂層根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)沿著刀刃線除去a＝0.025mm和b＝0.05mm。
嵌入件F硬質(zhì)合金車削嵌入件具有7.5wt％的Co，2.72wt％的Ta，0.44wt％的Nb，1.83wt％的Ti，0.09wt％的N以及平衡量的WC，平均晶粒尺寸為2.0μm，具有距離表面為26μm的富集了粘合劑相并且沒有立方碳化物的區(qū)，它涂布有0.5μm的TiN(最里層)，2.2μm的柱狀Ti(C，N)，以及0.5μm的等軸的TiN，2.2μm的(к-Al2O3+TiN)6к-Al2O3多層以及0.5μm的TiN+TiC+TiN的最外層。
該涂層沿著刀刃線用含有SiC晶粒的尼龍刷進行后處理。最外涂層在前刀面和后刀面除去a＝0.1mm和b＝0.05mm。
嵌入件G商用的硬質(zhì)合金車削嵌入件具有7.5wt％的Co，2.72wt％的Ta，0.44wt％的Nb，1.83wt％的Ti，0.09wt％的N以及平衡量的WC，平均晶粒尺寸為2.0μm，具有距離表面為26μm的富集了粘合劑相并且沒有立方碳化物的區(qū)，它涂布有最里層的0.5μm的等軸TiN層，7.5μm的柱狀Ti(C，N)，1.2μm的к-Al2O3層以及0.5μm的TiN+TiC+TiN的最外層。
該涂層沿著刀刃線用含有SiC晶粒的尼龍草桿刷進行刷擦。最外涂層如EP-A-693574所述沿著刀刃線除去a＝0.025mm和b＝0.05mm。
實施例1在車削條件下測試嵌入件A和B。
操作對棒材進行軸向和端面車削工件材料奧氏體不銹鋼AISI316L
切削速度 225m/分鐘進刀速度 0.3mm/轉(zhuǎn)切削深度 2.0mm嵌入件型號CNMG120408-MM結(jié)果 刀具壽命(分鐘)嵌入件A(本發(fā)明) ca10嵌入件B(現(xiàn)有技術(shù))ca6說明刀具壽命標準是切削刀刃線的最大后刀面磨損為0.3mm。由于局部的塑性變形，磨損不規(guī)律的發(fā)展。該實施例顯示在耐塑性變形方面的改進。
實施例2在車削條件下測試嵌入件A和B。
操作 對裝配件進行間歇切削工件材料 奧氏體不銹鋼，AISI316L切削速度 160m/分鐘進刀速度 0.2-0.3mm/轉(zhuǎn)切削深度 0.5-1.5mm嵌入件型號 SNMG120412-MR結(jié)果 刀具壽命(分鐘)嵌入件A(本發(fā)明) 8.2嵌入件B(現(xiàn)有技術(shù))4.2說明該測試中的磨損是后刀面磨損、熱開裂、剝落。刀具壽命確定標準是剝落也就是刀刃韌性。因此它顯示了改進的刀刃韌性以及在其它磨損模式中保留的性能。
實施例3
在車削條件下測試嵌入件A和B。
操作 鑄環(huán)的連續(xù)切削工件材料 奧氏體不銹鋼，AISI316L切削速度 110m/分鐘進刀速度 0.3mm/轉(zhuǎn)切削深度 3.5mm嵌入件型號 CNMG120412-MR結(jié)果 刀具壽命(分鐘)嵌入件A(本發(fā)明) 18.6嵌入件B(現(xiàn)有技術(shù))12.4說明該測試中的標準是用在切削6.2分鐘的全部時間加工穿過整個物件而不會顯示出過度的后刀面磨損或刀刃損壞。關(guān)鍵的磨損標準是后刀面磨損和塑性變形的結(jié)合。
本發(fā)明的嵌入件顯示了在這些方面的改進。
實施例4在車削條件下測試嵌入件A和B。
操作 對殼體進行連續(xù)切削工件材料 Duplex不銹鋼，SS2377切削速度 110m/分鐘進刀速度 0.3mm/轉(zhuǎn)切削深度 1.35mm嵌入件型號 WNMG080412-MR結(jié)果 刀具壽命(分鐘)嵌入件A(本發(fā)明) 46嵌入件B(現(xiàn)有技術(shù))24
說明該測試顯示了相對于現(xiàn)有技術(shù)的明顯改進。但是在該實施例中難以確定一個單個的關(guān)鍵性磨損，但是可以描述為后刀面磨損、在前刀面上的掉皮(flaking)和刀刃韌性的結(jié)合。
實施例5在車削條件下測試嵌入件A和B。
操作 對鑄件進行間歇切削工件材料 奧氏體不銹鋼，AISI316切削速度 150-200m/分鐘進刀速度 0.1-0.15mm/轉(zhuǎn)切削深度 2.0mm嵌入件型號 CNMG120412-PR結(jié)果 刀具壽命(分鐘)嵌入件A(本發(fā)明) 7嵌入件B(現(xiàn)有技術(shù))2說明該測試顯示了在韌性上的改進，因為在這種需求應用中主磨損標準是刀刃韌性。
實施例6(說明性的)在車削條件下測試嵌入件C和D。
操作對棒進行端面切削工件材料奧氏體不銹鋼，AISI304L切削速度140m/分鐘進刀速度0.36mm/轉(zhuǎn)切削深度最大4mm嵌入件型號 CNMG120408-MM
結(jié)果 磨損模式嵌入件C(對比例) 前刀面上有限的掉皮(圖4)嵌入件D(對比例) 前刀面上普遍掉皮(圖5)說明該實施例顯示了相對于對比例而言改進的耐掉皮性，暗示了氧化鋁層厚度的重要性。
實施例7(說明性的)在車削條件下測試嵌入件C和E。
操作 端面切削和縱向車削的結(jié)合工件材料 奧氏體不銹鋼，AISI316Ti切削速度 100-120m/分鐘進刀速度 0.3mm/轉(zhuǎn)切削深度 2.0mm嵌入件型號 CNMG120408-MM結(jié)果 切削之外的總損壞刀刃嵌入件C(對比例) 11.5mm嵌入件E(現(xiàn)有技術(shù))14.7mm說明主磨損是切削深度的切口磨損和在刀刃切割部分之外的剝落。
該實施例顯示了相對于現(xiàn)有技術(shù)的涂層而言薄的多層涂層增加了刀刃韌性。
實施例8(說明性的)在車削條件下測試嵌入件C和E。
操作端面切削和縱向車削的結(jié)合工件材料奧氏體不銹鋼，AISI304L
切削速度 225m/分鐘進刀速度 0.3mm/轉(zhuǎn)切削深度 2.0mm嵌入件型號 CNMG120408-MM結(jié)果 刀具壽命(分鐘)嵌入件C(對比例) 18嵌入件E(現(xiàn)有技術(shù))13說明刀具壽命標準是切削刀刃線的最大后刀面磨損為0.3mm。該磨損因為局部的塑性變形而不規(guī)律的發(fā)展。該實施例顯示了在這種操作中相對于現(xiàn)有技術(shù)的涂層而言薄的多層涂層增加了對塑性變形的抵抗性。
就實施例7而言，該實施例顯示了在這些相對立的性能方面的改進。
實施例9在車削條件下測試嵌入件F和G。
操作 對鍛件進行連續(xù)切削工件材料 奧氏體不銹鋼，AISI316L切削速度 200m/分鐘進刀速度 0.3mm/轉(zhuǎn)切削深度 2.0mm嵌入件型號 CNMG120416-MM結(jié)果 刀具壽命(pcs)嵌入件F(本發(fā)明) 32嵌入件G(現(xiàn)有技術(shù))19說明關(guān)鍵性的磨損標準是在該測試中結(jié)合的后刀面磨損和塑性變形。本發(fā)明的嵌入件顯示了在這些方面的改進。
表1

總之可以認為，從上述實施例的結(jié)果看很明顯，通過將給定組成的硬質(zhì)合金基底、具有特定厚度的多層涂層的選擇以及特定刀刃處理相結(jié)合，工具嵌入件具有優(yōu)異的切削性能，因為它結(jié)合了如在前言部分中所述的多個被認為是對立的性能。
權(quán)利要求
1.一種刀具嵌入件，特別適用于車削鋼材，包括硬質(zhì)合金體，經(jīng)過后處理的涂層，其特征在于首先，至少兩層TiCxNyOz的最里層系統(tǒng)，其中x+y+z≤1，第二，由總共5-31層且優(yōu)選為11-15層的交替的Al2O3和TiCxNyOz(x+y+z≤1)層、并優(yōu)選是к-Al2O3和TiN層構(gòu)成的多層系統(tǒng)，Al2O3層其單獨的層厚＜0.5μm，優(yōu)選為0.2-0.5μm，TiCxNyOz層其單獨的層厚為0.01-0.2μm，優(yōu)選為0.02-0.15μm，該多層的總厚度為1.0-4.0μm，優(yōu)選為1.5-3.5μm，其中該多層沿著刀刃線暴露，并進入前刀面和后刀面，從而在前刀面上的暴露a是0.03＜a＜0.9mm，在后刀面上的暴露b為0.02mm＜b＜0.2mm，并且a＞b。
2.如權(quán)利要求1的刀具，其特征在于該最里層系統(tǒng)包括第一層TiCxNyOz，其中x+y+z≤1，優(yōu)選y＞x并且z＜0.2，最優(yōu)選為y＞0.8且z＝0，而且等軸晶粒其尺寸＜0.5μm并且總厚度＜1.5μm但是＞0.1μm，優(yōu)選為0.1-0.6μm；第二層TiCxNyOz，其中x+y+z≤1，優(yōu)選z＝0、x＞0.3并且y＞0.3，最優(yōu)選為x＞0.5，而且柱狀晶粒其厚度為0.4-3.9μm優(yōu)選為1.5-3.0μm。
3.如權(quán)利要求2的刀具，其特征在于該最里層系統(tǒng)包括第三層TiCxNyOz，其中x+y+z≤1，優(yōu)選y＞x并且z＜0.2，最優(yōu)選為y＞0.8且z＝0，而且等軸晶粒其尺寸＜0.5μm并且總厚度＜1.5μm但是＞0.1μm，優(yōu)選為0.2-0.8μm。
4.如權(quán)利要求1-3任一項的刀具，其特征在于最里層系統(tǒng)的總厚度為0.7-4.5μm，優(yōu)選為1.2-4.0μm。
5.如權(quán)利要求1-4任一項的刀具，其特征在于在多層頂部上的最外層系統(tǒng)為一層或多層的TiCxNy(x+y≤1)或其結(jié)合，優(yōu)選是順序為TiN、TiC和TiN的三層。
6.如權(quán)利要求1-5任一項的刀具，其特征在于涂層的總厚度為2.0-8.0μm，優(yōu)選為4.0-7.0μm。
7.如權(quán)利要求1-6任一項的刀具，其特征在于多層和部分的最里面的TiCxNyOz層系統(tǒng)沿著刀刃線暴露。
8.如權(quán)利要求1-7任一項的刀具，其特征在于該硬質(zhì)合金基底的組分為7-10.5wt％且優(yōu)選為8.0-9.5wt％的Co和0.2-1.6wt％且優(yōu)選為0.4-1.0wt％的金屬Ta、Nb和Ti的立方碳化物或者其它來自元素周期表的族IVb、Vb或VIb中的元素的碳化物以及平衡量的碳化鎢，碳化鎢其平均晶粒大小優(yōu)選為1.5-3.5μm、優(yōu)選為1.9-2.1μm。
9.如權(quán)利要求1-7任一項的刀具，其特征在于硬質(zhì)合金基底在表面附近具有耗盡立方碳化物并且富集有粘合劑相的空間，距離該表面的間距為5-50μm，基底組成包括7.0-10.5wt％Co和4.0-9.0wt％立方碳化物以及平衡量碳化鎢(WC)，該立方碳化物是來自元素周期表的族IVb、Vb或VIb中的元素且優(yōu)選為Nb、Ta和/或Ti的碳化物，N的量為0.01-0.2wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種刀具嵌入件，特別用于車削鋼材，包括硬質(zhì)合金體、經(jīng)過后處理的涂層，具有首先，一層或幾層TiC
文檔編號C23C16/36GK1517450SQ200410002450
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者馬庫斯·羅得瑪, 米卡埃爾·林霍爾姆, 安德斯·瓊森, 古尼拉·安德松, 安德斯·努德格倫, 米卡埃爾·拉格爾奎斯特, 努德格倫, 安德松, 瓊森, 爾 拉格爾奎斯特, 爾 林霍爾姆, 馬庫斯 羅得瑪 申請人:山特維克公司