硬質合金以及使用該硬質合金的切削工具的制作方法
【技術領域】
[0002] 本發(fā)明設及適合用作切削工具用材料的硬質合金，W及包括由該硬質合金形成的 基材的切削工具。特別是，本發(fā)明設及在耐熱斷裂性和耐磨性兩方面都優(yōu)異的硬質合金。
【背景技術】
[0003] 傳統(tǒng)上，作為切削工具用材料，已經(jīng)采用了通過用Co(鉆）燒結WC(碳化鶴）顆粒 所獲得的WC基硬質合金。
[0004] 切削工具具有切削刃，由于切削工件時的變形和摩擦而產(chǎn)生的熱，切削刃通常具 有高溫。所W，切削工具需要由運樣的材料（基材）形成，所述材料（基材）即使在具有 高溫時，也能夠維持足夠的硬度和強度。傳統(tǒng)上，為了在切削工具具有高溫時提高其耐磨 性，通過將諸如Ti、佩、化或Zr等元素引入到作為切削工具材料的硬質合金中W提高切 削工具的高溫硬度?；蛘撸酶邷赜捕雀叩奶沾赡ぃㄈ缪趸瘋H、碳化鐵等）被覆工具的表 面。同時，為了降低切削工具本身或工件本身的溫度，使用切削液是有效的。日本專利公開 No. 08-225877 (下文中稱為"專利文獻1")公開了一種燒結合金，該燒結合金表面設置有具 有熱傳導性高的多個WC顆粒的層W便提高合金表面的熱傳導性。合金表面容易具有高溫。 陽0化]引用列表
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本專利公開No. 08-225877

【發(fā)明內容】
陽00引技術問題
[0009] 然而，傳統(tǒng)的運種切削工具不具有足W在運樣的切削條件下使用的性質：在所述 切削條件中，在切削（如高速切削或難W切削材料的加工）過程中會生成大量的熱。因此， 需要進一步提高性質。
[0010] 使用上述切削液有效地抑制了連續(xù)切削中的磨耗。然而，在不連續(xù)的切削中，切削 液會在空轉（slipping)時提供強烈的熱沖擊，從而可能產(chǎn)生熱斷裂，導致工具易于缺損。
[0011] 構成被覆膜的陶瓷通常具有低的熱擴散率。因此，當在工具表面上設置被覆膜時， 熱不太可能從工具表面上的被覆膜轉移到工具內部的基材。運提供了降低施加于基材上 的熱沖擊的效果。然而，僅由被覆膜所提供的運種熱絕緣效果不足W滿足近年來對快速切 削速度的需求。同時，當切削難W切削的材料時，由于高于常溫的切削溫度、W及被覆膜更 容易烙融并附著在工件上的現(xiàn)象，因而被覆膜易于脫落。因此，不能充分表現(xiàn)出被覆膜抑制 熱斷裂的效果。特別是，近年來已經(jīng)開始更頻繁地使用難W切削的工件。因此，在工具表面 上產(chǎn)生的熱量趨向于變大。因此，熱可能保留在工具中，運顯著地引起產(chǎn)生熱斷裂之類的問 題。
[0012] 同時，如果加入大量元素W獲得硬質合金的高溫硬度，則基材的初性和熱擴散率 下降?；臒釘U散率的下降導致耐熱斷裂性下降。
[0013] 另一方面，如專利文獻1所述，僅提高工具表面附近的熱傳導性，導致工具表面?zhèn)?的高溫傳導部分與工具內部側的低溫傳導部分之間的邊界附近，溫差變大。因此，可能產(chǎn)生 熱斷裂。
[0014] 為了獲得在切削刃可能具有高溫運樣的工作條件下使用的長壽命切削工具，需要 提高切削工具對熱沖擊的耐性。鑒于W上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種耐熱斷裂性和 耐磨性都優(yōu)異并且適合用作切削工具用材料的硬質合金。本發(fā)明的另一個目的在于提供一 種熱斷裂性和耐磨性優(yōu)異的切削工具。 陽01引解決問題的方法
[0016] 在本發(fā)明的硬質合金中，通過主要由Co構成的粘結相來燒結主要由WC構成的硬 質相。所述粘結相基本上由Co構成或者由Co和Ni構成，并且Co和Ni的總量大于或等于 4. 5質量％且小于或等于15質量％。硬質合金中的WC粒子的平均直徑大于或等于0. 4ym 且小于或等于4ym。假設硬質合金中WC粒子的平均直徑用X(ym)表示，則硬質合金的熱 擴散率X(cm2/sec)滿足X> 0. 055X+0. 238。
[0017] 硬質合金進一步優(yōu)選僅包含大于或等于0.05質量％且小于或等于3質量％的化。 此外，硬質合金進一步優(yōu)選包含化W及選自Ta、Nb、Zr和Ti中的一種或多種元素，其中化 和所述一種或多種元素的總量大于或等于0. 05質量％且小于或等于5質量％。
[0018] 硬質合金優(yōu)選包含化和選自化和Nb中的一種或多種元素，其中化和所述一種 或多種元素的總量大于或等于0. 05質量％且小于或等于5質量％。
[0019] 粘結相優(yōu)選基本上由Co和Ni構成，并且其中Ni的含量相對于Co和Ni的總量為 小于或等于25%。
[0020] 硬質合金的矯頑力化C)優(yōu)選為等于或小于16kA/m。硬質合金優(yōu)選還包含大于或 等于0. 05質量％且小于或等于2質量％的化，并包含大于或等于0. 2質量％且小于或等于 5質量％的化，構成硬質相的粒子的平均粒徑大于或等于1ym且小于或等于4ym，其中Co 的含量為大于或等于7質量％且小于或等于12質量％，并且該硬質合金用于機軸加工用工 具。
[0021] 該硬質合金優(yōu)選還包含大于或等于0. 05質量％且小于或等于1. 2質量％的化，構 成硬質相的粒子的平均粒徑大于或等于0. 5ym且小于或等于3ym，其中Co的含量大于或 等于4. 5質量％且小于或等于9質量％，并且該硬質合金用于鐵加工用工具。
[0022] 本發(fā)明還設及切削工具。所述切削工具包括由上述硬質合金形成的基材；W及通 過PVD法在所述基材的表面上形成的被覆膜，其特征在于，所述被覆膜由選自第一元素和 第二元素所形成的化合物W及類金剛石碳值LC)中的一種或多種所構成，所述第一元素為 在日本使用的元素周期表中第4曰、5a和6a族元素、Al和Si中的一種或多種，第二元素為 碳似、氮㈱、氧做和棚做中的一種或多種。
[0023] 本發(fā)明的切削工具包括：由上述的硬質合金形成的基材；W及通過CVD法在所述 基材的表面上形成的被覆膜，其特征在于，所述被覆膜由選自第一元素和第二元素所形成 的化合物W及金剛石中的一種或多種所構成，所述第一元素為在日本使用的元素周期表中 第4a、5a和6a族元素、Al和Si中的一種或多種，第二元素為碳似、氮㈱、氧做和棚度） 中的一種或多種。
[0024] 本發(fā)明的有益效果
[00巧]如上所述構造本發(fā)明的硬質合金，因此該硬質合金在整個硬質合金中（而不是僅 在硬質合金的表面處）都具有高的熱擴散率。包括由本發(fā)明硬質合金形成的基材的切削工 具在整個工具上都具有運種熱擴散率。因此，由局部熱膨脹差引起的熱斷裂可W得到抑制。 通過運種方式，可W實現(xiàn)切削工具的長壽命。此外，即使在切削難W切削的材料時（運在切 削過程中可能導致高溫并且往往導致局部溫度升高），包括由本發(fā)明硬質合金形成的基材 的切削工具可W降低運種趨勢，運是因為熱擴散率在整個工具中都是高的。因此，運種切削 工具可W抑制切削刃強度的下降W及磨耗的發(fā)展，因此在耐磨性和初性方面優(yōu)異。
[00%] 本發(fā)明的硬質合金具有高的熱擴散率和高溫硬度。因此，包括由本發(fā)明硬質合金 形成的基材的切削工具在耐熱斷裂性和耐磨性方面優(yōu)異。
[0027] 附圖簡要說明
[0028] 圖1示出了各硬質合金中WC粒子的平均直徑與硬質合金熱擴散率之間的關系。
[0029] 圖2示出了硬質合金的掃描電子顯微鏡圖像（放大4000倍），圖2(I)示出了樣 品No. 12,圖 2(II)不出了樣品No. 103。
【具體實施方式】
[0030] 下面對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031] <硬質合金〉 陽03引 < 組成〉 柳33][硬質相]
[0034] 本發(fā)明的硬質合金為在硬質相中包含WC粒子最多的WC基硬質合金。除了下面所 述的化合物粒子、粘結相W及不可避免的雜質W外，WC粒子基本上構成硬質合金部分。當 硬質相基本上僅由WC粒子構成時，耐熱斷裂性、初性和硬度變得優(yōu)異。此外，當硬質相除了 WC粒子外還包含W下化合物時，耐磨性變得優(yōu)異，所述化合物由選自在日本使用的元素周 期表中第4a、5a和6a族元素中的至少一種金屬與碳和氮中的至少一種元素形成（不包括 WC)，即，所述化合物包含化合物粒子，該化合物粒子包括上述金屬的碳化物、氮化物和碳氮 化物及它們的固溶體中的一種化合物或兩種或更多種化合物（不包括WC)。運些化合物的 具體實例包括hC、燈曰、佩）C、VC、化3〔2、NbC、TiCN等。
[0035] 當本發(fā)明的硬質合金包含上述的化合物粒子時，除W之外構成化合物粒子的金屬 元素的總量優(yōu)選為大于或等于0. 05質量％且小于或等于5質量％。因此，如下所述的熱擴 散率降低較少，運產(chǎn)生優(yōu)異的耐磨性和耐熱斷裂性。此外，如下所述，優(yōu)選制備運樣的硬質 合金，使得作為硬質合金原材料的WC具有并保持圓形邊緣的形狀，簡單明了來說，為近球 形的形狀。運導致高的熱擴散率和優(yōu)異的耐熱斷裂性。
[0036][粘結相]
[0037] 粘結相包含Co最多。除了CoW外，其可W包含另外的鐵族元素如Ni或化，但粘 結相優(yōu)選基本上僅由Co構成，或者基本上由Co和Ni構成。當粘結相包含Ni時，其熱擴散 率趨向于下降。因此，考慮到初性和熱擴散率，粘結相優(yōu)選僅由Co構成。將硬質合金中Co和Ni的總量設定為大于或等于4. 5質量％且小于或等于15質量％。如果其總量小于4. 5 質量％，則具有高熱擴散率的WC的含量比例變大，但其初性變得