[发明专利]涂层切削刀片

说明书

本发明涉及一种特别适用于低合金钢的断续切削加工的涂层切削刀片(硬质合金刀片)。

一般说来，低合金钢是一种难于用涂层或未涂层硬质合金刀具进行加工的材料。经常出现工件材料弄污刀刃及涂层剥落的现象。当在湿法条件下(使用切削液)进行断续加工时，切削条件尤其困难。

当用涂层硬质合金刀具加工低合金钢时，刀刃是由于化学磨损、磨蚀磨损和一种所谓的粘附磨损而损坏的。粘附磨损常是一种限制刀具寿命的磨损。当形成的工件屑不断把涂层的碎片或其各晶粒以及后来也把硬质合金部分从刀刃粘下时就出现粘附磨损。进而当使用湿法切削时，磨损也可能由于附加的磨损机制而加快。切削液和工件材料可贯穿进涂层的冷却裂缝中，这种贯穿常造成工件材料及切削液与硬质合金之间的化学反应。Co粘结剂相可能在接近裂缝和沿涂层与硬质合金的界面的区域氧化。过了一段时间后，涂层碎片一片接一片地掉下。

已意外地发现，通过综合下列特性可得到一种用于切削低合金钢的优异刀具：一个具有高钨合金化粘结剂相的硬质合金体，一层柱状TiCxNyOz层，一层织构α-Al₂O₃层，通过湿法喷砂或涂刷对涂层表面进行处理。

图1是一个根据本发明的涂层刀片在5000放大倍数下的显微照片，其中：

A-硬质合金体

B-具有等轴晶粒的TiCxNyOz层

C-具有柱状晶粒的TiCxNyOz层

D-具有等轴或针状晶粒的TiCxNyOz层

E-具有柱状晶粒的织构α-Al₂O₃层

根据本发明，一个切削刀片有一个组成为5-11wt％的Co，优选5-8wt％的Co，＜10wt％，优选为1.5-7.5wt％的金属Ti、Ta和/或Nb的立方碳化物以及余量为WC的硬质合金体。WC的粒径为1-3μm，优选地约2μm。钴粘结剂相与W高度合金化。W在粘结剂相中的含量可表示为：

CW比＝Ms/(wt％Co·0.0161)

其中Ms是硬质合金体饱和磁化强度的测量值。

wt％Co是钴在硬质合金中的重量百分数。CW值是钴粘结剂相中W含量的函数。低的CW值对应于粘结剂相中的高W含量。

根据本发明，现已发现如果硬质合金体的CW比为0.76～0.93，优选地0.80-0.90，则能提高切削效果。硬质合金体可含有少量的，＜1体积％的η相M₆C而不造成有害作用。在一个优选实施例中，根据例如US4610931中所揭示的现有技术可得到一薄层(约15～35μm)立方碳化物贫化且常常富集粘结剂相的表面区。这种情况下，硬质合金可含有碳氮化物或者甚至氮化物。

涂层包括：

-第一层(最里层)TiCxNyOz，x+y+z＝1，优选地z＜0.5，w其厚度为0.1-2μm，具有等轴晶粒，粒径＜0.5μm，

-第二层TiCxNyOz，x+y+z＝1，优选地z＝0，x＞0.3，y＞0.3，其厚度为2-15μm，优选地5～8μm，具有柱状晶粒，其直径为约＜5μm，优选地＜2μm，

-第三层TiCxNyOz，x+y+z＝1且z≤0.5，优选地z＞0.1，其厚度为0.1-2μm，具有等轴或针状晶粒，粒径≤0.5μm，该层与最里层可相同或不同。

-第四层平滑、织构、细晶粒(粒径约0.5～2μm)α-Al₂O₃层，其厚度为2-10μm，优选地3-6μm，表面粗糙厚在10μm的长度上R_max≤0.4μm。优选地，该Al₂O₃层是最外层，但也可在其上进一步涂覆例如一层薄的(约0.1-1μm)如TiN的装饰层。