[发明专利]带涂层的切削刀具刀片

说明书

技术领域

本发明涉及一种带CVD涂层的切削刀具刀片，该切削刀具刀片适合于通过车削、铣削、钻削或者通过类似的去屑成形加工方法来加工金属。所述带涂层的刀具刀片在用于断续切削操作时显示出显著提高的韧性特征。

背景技术

现代的对金属的高生产率的去屑成形加工需要可靠的切削刀具刀片，该切削刀具刀片应拥有高耐磨性、良好的韧性性能、制造具有高的表面光洁度的工件的能力、抵抗切屑锤击(chip hammering)的能力、能够产生适当低的切削力以及优异的抗塑性变形的能力。

现代的硬质合金刀具一般为被夹在刀架中的可转位的刀片的形式，但是也能为实心硬质合金钻具或铣刀的形式。涂覆有各种类型的像TiC、TiC_xN_y、TiN、TiC_xN_yO_z和Al₂O₃的硬层的硬质合金切削刀具刀片在商业上已经应用了很多年。呈多层结构的多个硬层通常增强这种涂层。各个层的顺序和厚度被仔细地选择，以适合不同的切削应用领域和工件材料。

涂层最常见的是利用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)技术来沉积。

CVD技术具有许多优点。其允许大的涂层批次，在复杂形状刀片上制造具有良好的涂层厚度分布的涂层，能够用于沉积像Al₂O₃和ZrO₂的不导电层。能在相同的涂层段上沉积许多不同的材料，如Al₂O₃、TiC、Ti(C_xN_y)、TiN、Ti(C_xN_yO_z)、Zr(C_xN_y)、Ti(C_xN_y)和ZrO₂。

CVD技术一般在相当高的温度范围(900-1050℃)下进行。由于高沉积温度且由于沉积的涂层材料和硬质合金刀具基体之间的热膨胀系数不匹配，CVD产生具有冷却裂纹和拉伸应力的涂层。因此，当用于切削操作时，带CVD涂层的刀片比带PVD涂层的刀片表现得更脆。

PVD工艺在明显较低的温度(450-650℃)下进行，且在强的离子轰击下进行，这导致具有高的压缩应力的无裂纹层。高的压缩应力和不存在冷却裂纹使得带PVD涂层的刀具刀片比带CVD涂层的刀具刀片更有韧性，且因而通常在诸如铣削的断续切削操作中是优选的。当与带CVD涂层的刀片相比时，带PVD涂层的刀片的缺陷一般为较低的耐磨性和不足的涂层粘附性。

因此，需要不断地努力来找到提高带CVD涂层的刀具刀片的韧性特征同时保持高的耐磨性的手段。

多个专利公开了通过刷涂或通过湿喷砂对带涂层的切削刀片进行后处理。目的是实现光滑的切削刃和/或沿刃线暴露Al₂O₃，如US5,851,687和EP 603 144中所公开的，或者目的是在TiN用作后刀面处的磨损检测层时的情况下获得还在前刀面上作为顶层的Al₂O₃，如US5,861,210中所公开的。将CVD涂层表面暴露于冲击力的每种处理技术，如湿喷砂或干喷砂，都将降低涂层的拉伸应力，并从而提高带涂层的刀具的韧性，如US 2006/0204757A1中所公开的。EP 1311712中公开了干喷砂方法。这里，利用非常高的喷砂压力来获得高的压缩应力。这样高的喷砂压力将劣化涂层且产生不均匀的刃线，这对于具有尖刃(半径＜35μm)的刀片来说尤为明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对耐磨和韧性有要求的切削操作的带CVD涂层的切削刀具。

本发明的另一目的是提供一种制造具有改进的性能的带CVD涂层的切削刀具的方法。

已经发现，利用根据本发明的切削刀具刀片能获得显著提高的韧性性能和高的耐磨性。本发明的发明人发现，当切削低合金钢和不锈钢时，具有包含不同性能的两个相邻的Ti(C，N)磨损层的涂层的切削刀具刀片拥有高的耐磨性和良好的韧性性能。

已发现，在切削过程中，富含N的外层赋予带涂层的刀片较少的涂抹(smearing)和较少的沿刃线将涂层片拉走，这使得其特别适于切削涂抹材料(smearing materials)。更多的富碳(111)和/或(422)织构化的内层赋予刀片良好的后刀面耐磨性。

具体实施方式