涂覆切削刀片及其制造方法和用途
专利汇可以提供涂覆切削刀片及其制造方法和用途专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种特别用于 车削 铸 铁 的涂覆硬质 合金 切削刀片 。切削刀片的特征在于硬质合金坯体包括WC、立方 碳 氮化合物，W合金化的Co粘结相，富集粘结相和几乎不含立方碳氮化合物相的硬质合金坯体的表面区域，及涂层，包括带有等轴晶的TiCxNyOz最内层，带有柱状晶的TiCxNyOz层和至少一种Al2O3层。，下面是涂覆切削刀片及其制造方法和用途专利的具体信息内容。
1.一种切削刀片，含有硬质合金坯体和涂层，特征在于所述坯体的组成为3.0-9.0wt％的Co，＞4.0-10.0wt％选自周期表IVb和Vb族、N、C和WC的形成立方碳氮化合物的元素，5-50μm的粘结相富集且几乎没有立方碳氮化合物相的厚表面区域，表面区域中粘结相的最大含量为粘结相主体含量的1.2-3vol％，在所述涂层中包括： -第一最内层TiCxNyOz，其中0.7≤x+y+z≤1，含有等轴晶且其总厚度＜2μm， -TiCxNyOz层，其中0.7≤x+y+z≤1，其厚度为3-14μm，含有柱状晶， -至少一个Al2O3层，厚度为2-14μm。
2. 根据权利要求1的切削刀片，特征在于所述坯体的组成为4.0 —7.0wtX的Co， 6.0 —9.0wt^选自周期表IVb和Vb方夷、N、 C禾卩WC 的形成立方碳氮化合物的元素，10 — 40(am的厚表面区域。
3. 根据前述权利要求1或2的切削刀片，特征在于还包括 TiCxNyOz、 HfCxNyOz或者ZrC^NyOz或者它们的混合物的外层，其中0.7 《x + y+z《1.2，其厚度〈3ixm。
4. 根据前述权利要求1或2的涂覆切削刀片，特征在于硬质合金 坯体的S值在0.78 — 0.95的范围，WC相的平均截取长度为0.50 — 0.95,。
5. 根据权利要求4的涂覆切削刀片，特征在于硬质合金坯体的S 值在0.80 — 0.92的范围，WC相的平均截取长度为0.60 —0.85pm。
6. 根据前述权利要求1或2的涂覆切削刀片，特征在于烧结体中 N的量相对于选自周期表IVb和Vb族元素重量的>1.0% 。
7. 根据权利要求6的涂覆切削刀片，特征在于烧结体中N的量相对于选自周期表IVb和Vb族元素重量为1.7 — 5.0% 。
8. 根据前述权利要求1或2的涂覆切削刀片，特征在于立方碳氮 化合物的量相对于形成立方碳氮化合物的元素Ti、 Ta和Nb为>4.0 — 10.0wt%。
9. 根据权利要求8的涂覆切削刀片，特征在于立方碳氮化合物的 量相对于形成立方碳氮化合物的元素Ti、 Ta和Nb为6.0-9.0wt% 。
10. 根据前述权利要求1或2的涂覆切削刀片，特征在于Ta和 Nb的重量比在0.8 — 4.5之间，Ti和Nb的重量比在0.5 — 7.0之间。
11. 根据权利要求10的涂覆切削刀片，特征在于Ta和Nb的重量 比在1.2 — 3.0之间，Ti和Nb的重量比在1.0 —4.0之间。
12. —种制造切削刀片的方法，所述的切削刀片包括硬质合金坯 体和涂层，特征在于所述坯体的组成为3.0 — 9.0X的Co， 4.0—10.0wt X选自周期表IVb和Vb族、N、 C和WC的形成立方碳氮化合物的元 素，5 — 5(Him的粘结相富集且几乎没有立方碳氮化合物相的厚表面区 域，表面区域中粘结相的最大含量为粘结相主体含量的1.2 — 3vol%， 在所述涂层中包括：一第一最内层TiCxNyOz，其中0.7《x + y+z《1，含有等轴晶且其 总厚度〈/im，-TiCxNyOz层，其中0.7《x+y+z《l，其厚度为3—14)am，含有 柱状晶，—至少一个八1203层，厚度为2—14pm。
13. 根据权利要求12的制造切削刀片的方法，特征在于所述坯体 的组成为4.0 — 7.0wt^的Co， 6.0—9.0wt^选自周期表IVb和Vb族、N、 C和WC的形成立方碳氮化合物的元素，10 — 40pm的厚表面区域。
14. 根据权利要求12的制造切削刀片的方法，特征在于还包括 TiCxNyOz、 HfCxNyOz或ZrCxNyOz或它们的混合物外层，其中0.7《x+ y+z《1.2，其厚度〈nm。
15. 权利要求l一2中任一项的切削刀片在车削铸铁中的用途，切割 速度为100 —700m/min，进给量的值为0.04—1.0mm/rev.，取决于切割 速度和刀片的几何形状。
16. 权利要求15的用途，特征在于切割速度为100 — 600m/min。
涂覆切削刀片及其制造方法和用途
技术领域
片。该刀片具有一个韧Co粘结相，WC和立方碳氮化合物作为硬质相 的坯体和一个耐磨涂层。刀片坯体表面区域具有与主体组成不同的元 素组分，同时具有良好的耐磨性、抗塑性变形性和边缘韧性。
背景技术
用于铸铁加工的传统硬质合金牌号具有有限的抗塑性变形性能， 在有些操作中，耐磨性能也有限。为了改善这些性能，需要减少WC 晶粒尺寸和降低Co粘结相含量和/或增加立方碳氮化合物形成元素的 加入量。这些变化的每一种都会减小刀片的韧性。
通过引入基本上没有立方碳化物和富集粘结相的表面区域来增加 韧性性能的方法已经为人所知。US ， 277， 283、 US 4， 610， 931和 US 4， 548， 786公开了通过溶解刀片表面附近的立方碳化物相来完成表面区域粘结相富集的方法。该方法需要立方碳化物相含有一些氮， 因为在烧结温度溶解立方碳化物相需要被烧结坯体中的氮分压、氮活 度超过烧结气氛中氮的分压。氮可以通过烧结期间的炉内气氛和/或直 接通过粉末加入。立方碳化物的溶解，优选在表面区域，导致充满粘 结相的少量体积达到所需的粘结相富集。结果是，得到了基本由WC 和粘结相组成的表面区域。
EP — A—1 026 271涉及用于车削钢的涂覆硬质合金刀片。该刀片 具有高度合金化Co —粘结相，4一12，优选7—10，重量百分数的立方 碳化物和WC晶粒尺寸为l一4，优选2 — 3pm。粘结相富集的表面区域 厚度〈Opm，且粘结相的含量基本单一地沿着从边缘到刀片中心方向的 直线增加，直到其达到主体组成。刀片涂层包括3 — 12)am的柱状TiCN 禾口 2—12)im的A1203。
US 5， 945， 207描述了一种特别用于铸铁材料切割的切削工具刀 片。该刀片特征在于一个具有5—10wt^的Co和0.5X选自周期表中 IVb、 Vb或VIb族的立方碳化物WC — Co硬质合金坯体。粘结相高度 W合金化且表面组成已被适当地限定。涂层包括带有柱状晶的 TiCxNyOz层，细颗粒构造成的a — Al203层和已沿着边缘线移动的 TiCxNyOz上层。
令人奇怪的是，已经发现改善困难条件下铸铁的加工性能可以通 过切削工具刀片的许多不同性能的结合获得。尤其是，已经发现，如 果制造工具时粘结相富集，几乎没有立方碳氮化合物，表面区域与少 量的Co粘结相连接，适当限定WC的晶粒尺寸和加入立方碳氮化合物 的形成元素，边缘强度，塑性变形和耐磨性能就可以同时得到改善。
如果能结合一个硬质抗腐蚀涂层，所述切削工具刀片在较难操作 时车削铸铁就会表现出优异的性能。该工具的独特性能使得在更广泛 的应用领域仍能保持较高的生产率。
6附图说明
图1为根据本发明的切削工具刀片在1000X时的结构，其中：
1. 硬质合金主体
2. 硬质合金表面区域
3. 最内层TiCxNyOz
4. 第二TiCxNyOz层
5. 八1203层
发明内容
硬质合金具有5 —5(Vm，优选10 — 40)im的粘结相富集且几乎没 有碳氮化合物相的厚表面区域。表面区域粘结相的最大含量为粘结相 主体含量的1.2 —3vol%。
Co粘结相是与钨高合金化的媒介。粘结相中钨的含量可以表示为 S值二6/16.1，其中6为juTm、g—1表示的测定的粘结相的磁矩。S值 依赖于粘结相中钨的含量，且随着钨含量的增加而增加。因此，对于 纯Co，或者由碳饱和的粘结相，S=l，对于钨含量相对于形成ri相边 界线的粘结相，S二0.78。
根据本发明，已经发现，如果硬质合金坯体的S值在0.78 — 0.95， 优选0.80 —0.92的范围，则可改善切削性能。
而且，在一定基础上测定和抛光典型横截面的碳化物相的平均截 取长度在0.50 —0.95pm的范围，优选0.60 — 0.85。立方碳氮化合物相的平均截取长度基本上与碳化钨的相同。截取长度通过放大10000X的
显微照片上的图像分析测得，并且是用约iooo个截取长度的平均值进
行计算。
在优选实施例中，立方碳氮化合物的量相对于形成立方碳氮化合
物元素Ti、 Ta和Nb为〉4.0-10.0wt0/0，优选6.0_9.0wt% 。 Ta和Nb的 重量比在0.8 — 4.5，优选为1.2 — 3.0。 Ti和Nb的重量比在0.5 — 7.0， 优选1.0 — 4.0。
根据本发明的切削工具刀片的涂层包括：
一第一最内层TiCxNyOz，其中0.7《x + y+z《1，优选z<0.5，更 优选y>x和z<0.2，最优选y〉0.7,含有等轴晶且其总厚度〈2pm，优选 >0.1 jjtm。
-TiCxNyOz层，其中0.7《x + y+z《l，优选z<0.2， x>0.3和y>0.2， 最优选x〉0.4，其厚度为3—14pm，优选4一12fam，最优选5—10iam，
含有柱状晶。
一至少一个八1203层，优选a—Al203，厚度为2—14fam，优选3 一 10)im。
■~一个八1203外层，也可再加另外的TiCxNyOz、 HfCxNyOz或者 ZrCxNyOz或者它们混合物的层，其中0.7《x + y+z《1.2，优选y>x和 zO,4,更优选y>0.4，最优选yX).7,其厚度〈)am,优选0.4—1.5^mi，但
八1203层也可以是最外层。
本发明也涉及一种用组成为3.0 — 9.0wt%，优选4.0 —7.0wt%Co， >4.0—10.0wt%，优选6.0 — 9.0wt^选自周期表IVb和Vb族、N、 C和
WC的形成立方碳氮化合物元素的硬质合金坯体制造涂覆切削工具的 方法。烧结体中N的量相对于选自IVb和Vb金属的重量为〉1.0。/。,优选1.7 — 5.0%。
根据本发明的硬质合金坯体的生产可以用两种方法中任一种或者
它们的组合制得：（i)通过如US4， 610， 931公开的在惰性气氛或真' 空中烧结一个含有氮化物或碳氮化合物预烧结或压制坯；或者（ii)通 过如US4， 548， 786公开的压制坯渗氮并且在惰性或真空中烧结。
所需的平均截取依赖于起始示粉末的晶粒尺寸和轧制和烧结条 件，并且毫无疑问地决定于试验条件。所需的S值依赖于起始粉末和 烧结条件，也毫无疑问地决定于试验条件。
TiCxNyOz层，其中0.7《x + y+z《l，优选z<0.2， x>0.3禾卩y>0.2，
最优选xX).4,形貌为柱状晶，用乙腈作为碳和氮源采用MTCVD技术沉 积于硬质合金上，以使在700 — 95(TC的温度范围形成涂层。
最内层TiCxNyOz，八1203层和随后的TiCxNyOz、 HfCxNyOz或者 ZrCxNyOz层根据现有技术进行沉积。
本发明也涉及根据上述的切削工具刀片的用途，其用于车削铸铁 的切割速度为100 —700m/min，优选100 — 600m/min，进给量为0.04 一1.0mm/rev，依赖于切割速度和刀片几何形状。
具体实施方式 实施例1
牌号A:根据本发明的硬质合金基体组成为5.3wt%Co， 3.3wt% Ta， 2.1wt%Nb， 2.0wt%Ti， 6.0wt%C， 0.2wt%N，余量为W，通过对
粉末进行传统的轧制，压制生坯然后在143(TC烧结制成相应的S值为 0.89的与W合金化的粘结相。研究烧结后的微观结构发现碳化物相的 平均截取长度为0.71pm，且刀片的表面区域由25)am厚的部分富集几 乎没有的立方碳氮化合物相的粘结相组成。基体根据本发明进行涂覆并且在同一涂覆周期内进行紧邻层的沉积。第一层为0.2pm厚的 TiCxNyOz层，其中z〈0.1和yX).6，具有等轴晶。第二层为6.9nm厚的 用碳氮化合物作为碳和氮源在835 — 85(TC沉积的柱状TiCxNyC^层，具 有的碳和氮比约为x/y=1.5， z<0.1。 4.5pm厚的八1203层，由a相组成， 在约100(TC沉积。等轴氮富TiCxNyOz的外层，ZO.l和y>0.8沉积到 0.4inm的厚度。
牌号B:硬质合金基体组成为5.6wt%Co， 1.0wt%Ta， 0.6wt%Nb， 1.9wt%Ti， 6.01wt%C, 0.13wt%N，余量为W，采用与制造牌号A相 同的方法相应的S值为0.89的与W合金化的粘结相。烧结后的碳化物 平均截取长度为0.56nm，刀片表面区域由20pm厚的粘结相富集部分 几乎没有立方碳氮化合物相组成。基体根据牌号A (根据本发明）进 行涂覆。
牌号C: 一种设计用于铸铁切削加工的传统硬质合金基体，组成 为6.0wt%Co， 0.16wt%Ta， 5.80wt%C，余量为W。相应的S值为0.94 的与W合金化的粘结相，烧结体中的WC平均截取长度为0.61pm，与 根据牌号A (根据本发明）的涂层相连。
牌号D:基体的平均组成为5.5wt%Co， 1.5wt%Ta， 1.3wt%Nb， 5.86wt%C，余量为W，没有立方碳氮化合物自由表面区域，相应的S 值为0.89的与W合金化的粘结相，在烧结体中的WC平均截取长度为 0.57pm，与根据牌号A (根据本发明）的涂层相连。
牌号E: —种用于铸铁切削加工的市售硬质合金牌号，其中根据 牌号C的基体与涂层相连，所述涂层由第一 TiCxNyOz薄层，厚度为 6.2(im的第二柱状TiCxNyOz层，2.1pm厚的k —A1203层，和1.2nm厚 富集N的TiCxNyOz最外层组成。
在截取切削的情况下，对牌号A、牌号B、牌号C、牌号D和牌
10号E边缘韧性进行测试。切削加工操作为纵向车削一个圆柱形开槽棒。
材料：SS1672钢
刀片类型：CNMG120412 —M5
切割速度：140m/min
进给量：0.1、 0.125、 0.16、 0.20、 0.25、 0.315、 0.4、 0.5、 0.63、
0.8 mm/rev，切割10mm长度后逐渐增加。 切割深度：2.5 mm。
工具寿命标准：边缘剥离或者刀片断裂。
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