CN101970156B - 立方晶氮化硼烧结体工具 - Google Patents
立方晶氮化硼烧结体工具 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101970156B CN101970156B CN2009801090708A CN200980109070A CN101970156B CN 101970156 B CN101970156 B CN 101970156B CN 2009801090708 A CN2009801090708 A CN 2009801090708A CN 200980109070 A CN200980109070 A CN 200980109070A CN 101970156 B CN101970156 B CN 101970156B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron nitride
- cubic boron
- sintered compact
- nitride sintered
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/87—Ceramics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/141—Specially shaped plate-like cutting inserts, i.e. length greater or equal to width, width greater than or equal to thickness
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
- C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F2005/002—Tools other than cutting tools
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B2200/00—Details of cutting inserts
- B23B2200/24—Cross section of the cutting edge
- B23B2200/242—Cross section of the cutting edge bevelled or chamfered
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B2200/00—Details of cutting inserts
- B23B2200/28—Angles
- B23B2200/283—Negative cutting angles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
- B23B2226/12—Boron nitride
- B23B2226/125—Boron nitride cubic [CBN]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3804—Borides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T407/00—Cutters, for shaping
- Y10T407/23—Cutters, for shaping including tool having plural alternatively usable cutting edges
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T407/00—Cutters, for shaping
- Y10T407/23—Cutters, for shaping including tool having plural alternatively usable cutting edges
- Y10T407/235—Cutters, for shaping including tool having plural alternatively usable cutting edges with integral chip breaker, guide or deflector
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T407/00—Cutters, for shaping
- Y10T407/24—Cutters, for shaping with chip breaker, guide or deflector
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T407/00—Cutters, for shaping
- Y10T407/24—Cutters, for shaping with chip breaker, guide or deflector
- Y10T407/245—Cutters, for shaping with chip breaker, guide or deflector comprising concave surface in cutting face of tool
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T407/00—Cutters, for shaping
- Y10T407/26—Cutters, for shaping comprising cutting edge bonded to tool shank
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T407/00—Cutters, for shaping
- Y10T407/27—Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
- Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
- Y10T428/12063—Nonparticulate metal component
- Y10T428/12139—Nonmetal particles in particulate component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]
- Y10T428/24372—Particulate matter
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24777—Edge feature
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明的目的在于提供一种长寿命的立方晶氮化硼烧结体工具,其即使在高负荷切削条件、高效率切削条件下,也能不发生缺损而进行稳定的加工。如果设定立方晶氮化硼的平均粒径的5倍以上为基准长度S,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LCC,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LCB,LCC与LCB之比为PC(PC=LCC/LCB),圆角珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LRC,圆角珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LRB,LRC与LRB之比为PR(PR=LRC/LRB),则PR与PC之比(PR/PC)为1.2≤PR/PC≤8.0。
Description
技术领域
本发明涉及切削加工中使用的立方晶氮化硼烧结体工具。
背景技术
在淬火钢或耐热合金等的切削加工中,多采用立方晶氮化硼烧结体工具。例如,在通过对淬火钢进行切削加工来制作汽车轴等机械部件时,通过切削加工来除去淬火钢表面存在的渗碳层,但根据被切削材料的形状的不同,有时也对没有淬火的部分进行切削加工。在这样的高负荷切削加工中刀尖温度非常高,因此多使用立方晶氮化硼烧结体工具。作为立方晶氮化硼烧结体工具的现有技术,有刀尖棱线部的曲率半径在5μm~30μm,工具后隙面和工具前倾面或负刃面以上述曲率半径平滑连接的多结晶硬质烧结体切削工具(例如参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2001-212703号公报
发明内容
近年来,为了提高部件加工的加工效率,要求能够耐高效率切削加工或高负荷切削加工的切削工具。但是,如果采用以往的立方晶氮化硼烧结体工具进行高效率切削加工或高负荷切削加工,则容易发生刀尖强度不足造成的缺损或起因于月牙洼磨损扩大的缺损,从而不能充分满足提高加工效率的要求。于是,本发明的目的在于,提供一种即使在高负荷切削条件、高效率切削条件下,也能不发生缺损而稳定加工的、能实现工具寿命的长寿命化的立方晶氮化硼烧结体工具。
本发明人就在高负荷切削加工或高效率切削加工之类的苛刻的切削加工中也能实现工具寿命长寿命化的立方晶氮化硼烧结体工具及涂覆立方晶氮化硼烧结体工具的开发进行了研究,结果获得了如下的见解:在立方晶氮化硼烧结体工具的各部分和表面组织中有最优化的组合。在圆角珩磨面和倒棱珩磨面,切削时施加的力或热不同。在圆角珩 磨面,热的负荷大,要求刀尖强度,因此优选增加显示高硬度和高热传导性的立方晶氮化硼量。另一方面,在有切屑擦过的倒棱珩磨面,容易发生因切屑的熔敷造成的立方晶氮化硼的脱落,因此优选增加结合相量。于是,通过在圆角珩磨面和倒棱珩磨面分别设计最佳的表面组织,在高负荷切削加工或高效率切削加工之类的苛刻的切削加工中可以实现工具寿命的长寿命化。
也就是说,本发明涉及一种立方晶氮化硼烧结体工具,其至少与切削有关的部分由立方晶氮化硼、结合相和不可避免的杂质构成,其特征在于:具备后隙面、前倾面、倒棱珩磨面、形成于后隙面和倒棱珩磨面交叉的棱线上的圆角珩磨面,圆角珩磨面的形状的曲率半径R为10~50μm的范围;设定立方晶氮化硼的平均粒径的5倍以上为基准长度S,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LCC,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LCB,LCC与LCB之比为PC(PC=LCC/LCB),圆角珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LRC,圆角珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LRB,LRC与LRB之比为PR(PR=LRC/LRB),则PR与PC之比(PR/PC)为1.2≤PR/PC≤8.0。
作为本发明的立方晶氮化硼烧结体工具,至少与切削有关的部分是立方晶氮化硼烧结体。本发明的立方晶氮化硼烧结体工具可以是将立方晶氮化硼烧结体钎焊在超硬合金基体金属上的立方晶氮化硼烧结体工具,也可以是全部由立方晶氮化硼烧结体形成的立方晶氮化硼烧结体工具。
本发明的立方晶氮化硼烧结体以立方晶氮化硼、结合相和不可避免的杂质作为必须的构成成分。在本发明中,立方晶氮化硼优选为40~90体积%,更优选为50~80体积%,剩余部分为结合相和不可避免的杂质。如果立方晶氮化硼的含量低于40体积%,则对于淬火钢之类的高硬度材料,基材的硬度并不充分,耐缺损性降低,如果超过90体积%,则结合相的比例相对减小,所以因切屑擦过和熔敷而发生立方晶氮化硼的脱落,从而磨损明显进行。
本发明的立方晶氮化硼的平均粒径优选为0.30~6.0μm,更优选为1.5~5.0μm。在平均粒径低于0.30μm时热传导性降低,因此切削加工时容易因刀尖温度上升而使得强度下降,容易发生缺损。如果平均粒径增大超过6.0μm,则容易发生粒子脱落,从而容易发生崩刃(chipping)。
在本发明的立方晶氮化硼烧结体中,为了提高结合相的韧性,优选结合相是选自元素周期表4a、5a、6a族元素、Al、Si、Mg、Co、Ni的金属、氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及它们的互固溶体之中的至少1种。作为结合相的具体例,可列举出:金属Ti、金属Co、金属Ni、金属Al、TiN、Ti(B,N)、Ti(B,C)、Ti(B,O)、Ti(B,N,O)、Ti(B,N,C)、Ti(B,N,O)、Ti(B,N,C,O)、(Ti,L)(B,N)、(Ti,L)(B,C)、(Ti,L)(B,O)、(Ti,L)(B,N,C)、(Ti,L)(B,N,O)、(Ti,L)(B,C,O)、(Ti,L)(B,N,C,O)、AlN、Al(B,N)、Al(B,C)、Al(B,O)、Al(B,N,O)、Al(B,N,C)、Al(B,C,O)、Al(B,N,C,O)、(Al,L)(B,N)、(Al,L)(B,C)、(Al,L)(B,O)、(Al,L)(B,N,O)、(Al,L)(B,N,C)、(Al,L)(B,C,O)、(Al,L)(B,N,C,O)(其中,上述的L表示Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Si、Mg、Co及Ni中的至少1种)等。其中,更优选结合相是选自Ti、Al的金属、氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及它们的互固溶体之中的至少1种。作为本发明的立方晶氮化硼烧结体中不可避免地含有的杂质,可列举出从立方晶氮化硼烧结体的原料粉末中混入的Fe、Cu等。不可避免的杂质的合计量一般相对于整个立方晶氮化硼烧结体为0.5重量%以下,通常可以抑制在0.2重量%以下,因此不会影响本发明的特性值。此外,在本发明中,除了立方晶氮化硼、结合相和不可避免的杂质以外,也可以在不损害本发明的立方晶氮化硼烧结体的特性的范围内,少量含有不能称为不可避免的杂质的其它成分。
如图2所示,本发明的立方晶氮化硼烧结体工具至少在与切削相关的部分设有前倾面(3)、倒棱珩磨面(5)、圆角珩磨面(6)及后隙面(4)。通过在后隙面与前倾面之间具有倒棱珩磨面(5)而提高耐缺 损性。进而通过在后隙面和倒棱珩磨面的棱线部形成圆角珩磨面(6),使耐缺损性得以提高,从而能进行稳定的切削加工。此时,如果圆角珩磨面的形状的曲率半径R达到10μm以上,则提高耐缺损性的效果显著。相反,如果圆角珩磨面的形状的曲率半径R增大超过50μm,则切削阻力大大上升,反而容易在刀尖产生缺损。因此,在本发明中,将圆角珩磨面的形状的曲率半径R规定为10~50μm。
在本发明的立方晶氮化硼烧结体工具中,设定立方晶氮化硼的平均粒径的5倍以上为基准长度S,圆角珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LRC,圆角珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LRB,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LCC,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LCB,LRC与LRB之比为PR(PR=LRC/LRB),LCC与LCB之比为PC(PC=LCC/LCB),则PR与PC之比(PR/PC)为1.2≤PR/PC≤8.0。更优选为1.6≤PR/PC≤6.0,特别优选为2.1≤PR/PC≤5.0。
在本发明中,由于在切削加工时的各部位形成适合所要求的特性的组成,因此可使圆角珩磨面和倒棱珩磨面的立方晶氮化硼的比例发生变化。如果PR/PC低于1.2,则因圆角珩磨面的立方晶氮化硼的量与倒棱珩磨面的立方晶氮化硼的量相比不是充分地多,因而切削温度增高,容易产生刀尖的缺损和月牙洼磨损,从而变得短寿命。如果PR/PC增大超过8.0,则圆角珩磨面的结合相极端减少,所以因产生圆角珩磨面的立方晶氮化硼粒子的脱落而容易发生崩刃。
作为一个例子,采用下述方法对LRC、LRB、LCC、LCB进行测定。用放电加工机如图1所示那样地在A-A’线将立方晶氮化硼烧结体工具切断,用150#金刚石砂轮研磨所得到的断面,接着用1500#金刚石砂轮研磨,最后用粒径为1μm的金刚石研磨膏进行镜面精加工。在A-A’线的切断也可以通过利用Ar离子的离子研磨来进行。
用扫描型电子显微镜(SEM)观察被镜面精加工过的断面或通过离子磨碎得到的图2所示的断面,测定立方晶氮化硼的平均粒径。设定基准长度S以达到立方晶氮化硼的平均粒径的5倍以上。如果基准长度S 低于平均粒径的5倍,则LRC、LRB、LCC、LCB的测定误差增大。此外,通过延长基准长度S以减小测定误差,而通过使基准长度S为立方晶氮化硼的平均粒径的5~20倍,能够充分减小测定误差。此外,圆角珩磨面的基准长度S可在按圆角珩磨的曲率半径R描绘的圆弧上测定。
用扫描电子显微镜观察镜面精加工过的断面,如图3所示那样拍摄圆角珩磨面和倒棱珩磨面的断面组织的照片。关于倒棱珩磨面,如图4所示那样对断面组织照片进行图像解析,分别测定倒棱珩磨面的立方晶氮化硼的断面曲线的长度LCC1、LCC2、…、LCCn,及倒棱珩磨面的立方晶氮化硼的断面曲线的长度LCB1、LCB2、…、LCBn,并将它们合计而得到LCC、LCB。
[式1]LCC=LCC1+LCC2+…+LCCn
[式2]LCB=LCB1+LCB2+…+LCBn
关于圆角珩磨面,如图5所示那样对断面组织照片进行图像解析,分别测定圆角珩磨面的立方晶氮化硼的断面曲线的长度LRC1、LRC2、…、LRCn,及圆角珩磨面的结合相的断面曲线的长度LRB1、LRB2、…、LRBn,并将它们合计而得到LRC、LRB。
[式3]LRC=LRC1+LRC2+…+LRCn
[式4]LRB=LRB1+LRB2+…+LRBn
基于立方晶氮化硼的平均粒径大、圆角珩磨面的曲率半径R小、或倒棱珩磨宽度T短等理由,有时只通过一处的断面曲线不能确保立方晶氮化硼的平均粒径的5倍以上的基准长度S。在这种情况下,通过增加断面曲线的测定部位,将各断面曲线的基准长度Sn合计,也可以确保基准长度S。此外,也可以如本发明的立方晶氮化硼烧结体工具的立体图(图6)的放大图即图7的B-B’线、C-C’线所示观察与倒棱珩磨面和前倾面的棱线平行的方向的断面曲线,确保基准长度S。
在本发明中,通过在立方晶氮化硼烧结体工具的表面涂覆覆盖膜,能够提高工具的耐磨损性、耐氧化性、润滑作用等,由此能够更加提高工具寿命。由选自元素周期表4a、5a、6a族元素、Al、Si、B、Y、Mn的氮化物、碳化物、氧化物及它们的互固溶体之中的至少1种形成的覆 盖膜,由于提高耐磨损性、耐氧化性等的效果大,并使工具寿命得以提高,因而是优选的。其中,如果设在立方晶氮化硼烧结体的正上方的覆盖膜的结晶系是与基材的立方晶氮化硼相同的结晶系,也就是说,如果覆盖膜的结晶系是立方晶,则因基材和覆盖膜的附着力提高而难产生覆盖膜的剥离,从而能够充分发挥覆盖膜的优良特性,因而是更优选的。
作为本发明的覆盖膜,具体地说,可列举出:TiN、Ti(C,N)、Ti(C,N,O)、(Ti,B)N、(Ti,Al)N、(Ti,Al)(C,N)、(Ti,Al)(C,N,O)、(Ti,Si)N、(Al,Cr)N、(Al,Cr,B)N、(Ti,Nb)N、(Ti,Al,Cr)N、(Nb,Si)N、(Al,Cr,W)N、(Ti,Al,Si)N、(Hf,Al)N、(Zr,Al)N、(Ti,Nb,Al,Si)N、(Ti,Cr,Al,Si)N、(Ti,W,B)N、CrN等覆盖膜。其中,如果覆盖膜由选自含有Ti和Al的氮化物、碳化物、氧化物及它们的互固溶体之中的至少1种形成,则耐氧化性和耐磨损性的平衡性良好。其中,如果覆盖膜组成为(Ti(1-a-b)AlaMb)(X)(式中,M表示选自Y、Cr、Si、Zr、Nb、Mn、W、Hf、V、B之中的1种以上的元素,X表示选自C、N、O之中的1种以上的元素,a表示Al相对于Ti、Al、M合计的原子比,b表示M相对于Ti、Al、M合计的原子比,a和b为0.1≤a≤0.7、0.002≤b≤0.1),则耐氧化性高,覆盖膜的硬度提高,因而是特别优选的。这里,如果a达到0.1以上,则耐氧化性提高,切削温度降低,从而耐缺损性提高,如果a增大超过0.7,则生成硬度低的AlN相而使耐磨损性降低。此外,如果b达到0.002以上,则耐氧化性提高,同时覆盖膜硬度增高,从而耐磨损性提高,但如果b增大超过0.1,则晶格变形形成的压缩应力增大,从而容易产生覆盖膜的剥离。
形成于本发明的立方晶氮化硼烧结体工具的表面上的覆盖膜即使是单层的覆盖膜也具有提高工具寿命的效果,但是,涂覆组成不同的2种以上覆盖膜的多层膜因为其提高寿命的效果大,因而是更优选的。例如,作为内层,在基材正上方涂覆用于提高附着力的TiN或TiCN,作为外层,为提高润滑作用、耐熔敷性、耐氧化性而涂覆CrN、CrSiN、TiBN、含有金属的DLC、AlCrBN、AlCrN或TiSiN。此外,也能够涂覆以1~30nm的层叠周期涂覆组成不同的2种以上的薄膜而形成的交 替层叠膜的覆盖膜。交替层叠膜的覆盖膜具有覆盖膜硬度高、耐磨损性高、通过抑制切削加工时覆盖膜中发生的裂纹的传播来抑制覆盖膜的剥离或脱落的效果。
本发明的覆盖膜的平均膜厚优选为1~6μm,更优选为2~5μm。如果平均膜厚在1μm以上,则提高耐磨损性的效果显著,如果加厚超过6μm,则因覆盖膜的残余应力的影响而可以看到附着力下降的倾向。
本发明的立方晶氮化硼烧结体工具例如可按以下的方法制造。在利用金刚石砂轮对立方晶氮化硼烧结体工具进行磨削加工时,对刀尖的后隙面、倒棱珩磨面、前倾面的各部位进行加工。然后,在后隙面与倒棱珩磨面之间设定规定的曲率半径R的圆角珩磨面。作为圆角珩磨面的加工方法的一个例子,可列举出:利用磨石、喷砂、旋转刷子的加工等机械处理、放电加工等电处理、以及将它们组合的处理。
接着,为了使圆角珩磨面和倒棱珩磨面的立方晶氮化硼的表面组成最优化,使用具备离子刻蚀电极及成膜装置的真空装置。作为离子刻蚀电极,可列举出采用热灯丝的三极直流溅射法等。作为成膜装置,可列举出电弧离子镀装置、磁控溅射装置等。
在采用稀有气体元素的离子刻蚀中,通过对基材外加负的电压(偏压)吸引离子化的稀有气体元素使其与基材碰撞,从而能够进行表面物质的除去。因为难以除去比结合相更硬的立方晶氮化硼,所以立方晶氮化硼烧结体的表面与内部相比,立方晶氮化硼的比例增高。图8及图9中分别示出了Ar离子刻蚀处理后及Ar离子刻蚀处理前的立方晶氮化硼烧结体的表面组织SEM照片。粒状的黒色部分为立方晶氮化硼,立方晶氮化硼周围的灰白色的部分为结合相。通过进行利用稀有气体的离子刻蚀处理,可优先除去结合相,因而能够确认在立方晶氮化硼烧结体的表面,立方晶氮化硼的比例增加。此外,在离子刻蚀时,于刀尖即圆角珩磨面,电荷密度增高,溅射效率比其它部位高,但在通常的条件下,由于圆角珩磨面和倒棱珩磨面的离子刻蚀的溅射效率之差并不充分而不能得到本发明产品。于是,作为得到本发明产品的步骤,首先对圆角珩磨面和倒棱珩磨面平滑地涂覆覆盖膜(成膜条件1)。这里通过将偏压抑制在15~18V的低电压,能以刀尖的圆角珩磨面不会太厚的方式进 行涂覆。作为覆盖膜,可列举金属膜、氮化物膜、碳化物膜等,但没有特别的限制,如果考虑在其后通过利用稀有气体的离子刻蚀来除去覆盖膜,则优选通过离子刻蚀容易除去的金属膜。
接着将平滑地涂覆的覆盖膜除去,但这里如果在1200~2000V的高偏压条件(离子刻蚀条件1)下短时间进行利用稀有气体元素的溅射,则可优先将立方晶氮化硼烧结体的刀尖附近除去。然后通过在偏压为50V~180V的条件(离子刻蚀条件2)下对圆角珩磨面和倒棱珩磨面进行处理,便能够通过前面的高偏压处理使圆角珩磨面的立方晶氮化硼烧结体先露出,能够有选择性地刻蚀圆角珩磨面的立方晶氮化硼烧结体。而且如果继续进行处理,则还可将倒棱珩磨面的覆盖膜除去,可对整个与切削相关的部分进行处理。通过根据需要重复进行以上的成膜条件1→离子刻蚀条件1→离子刻蚀条件2的工序,便能够得到本发明产品。重要的是根据各真空处理装置、工具形状、工具的保持夹具形状、工具的基材组成、装置旋转机构、在真空装置中的工具填充率等各种要因,调整成膜、离子刻蚀的各参数、处理时间等。
本发明的立方晶氮化硼烧结体工具即使在高负荷切削条件、高效率切削条件下也难以发生缺损,因而能够产生可稳定地进行加工、实现工具寿命的长寿命化的效果。
附图说明
图1是本发明立方晶氮化硼烧结体工具的立体图。
图2是本发明立方晶氮化硼烧结体工具的A-A’线剖视图。
图3是本发明立方晶氮化硼烧结体工具的A-A’线剖面放大图。
图4是本发明立方晶氮化硼烧结体工具的倒棱珩磨面的剖面放大图。
图5是本发明立方晶氮化硼烧结体工具的圆角珩磨面的剖面放大图。
图6是本发明立方晶氮化硼烧结体工具的立体图。
图7是本发明立方晶氮化硼烧结体工具虚线部(图6)的放大图。
图8是Ar离子刻蚀处理后的基材的表面组织SEM照片。
图9是Ar离子刻蚀处理前的基材的表面组织SEM照片。
符号说明
1立方晶氮化硼烧结体工具 2超硬合金基体金属
3前倾面 4后隙面
5倒棱珩磨面 6圆角珩磨面
7立方晶氮化硼 8结合相
9立方晶氮化硼烧结体的断面曲线
具体实施方式
实施例1
采用平均粒径1.0μm的立方晶氮化硼粉末,通过在压力为5.5GPa、温度为1773K的条件下,对配合组成为75体积%cBN-5体积%Al-10体积%Al2O3-10体积%Ti(C,N)的混合粉末进行超高温高压烧结,便得到立方晶氮化硼烧结体。将得到的立方晶氮化硼烧结体作为基材1。
准备ISO标准CNGA120408形状的超硬合金基体金属,将基材1钎焊在超硬合金基体金属的成为刀尖的角部上。用270#的金刚石砂轮对该钎焊的工具的前倾面(上下面)、后隙面(外周面)进行磨削加工,接着,在前倾面和后隙面形成的棱线部上通过400#的金刚石砂轮形成倒棱珩磨宽T为0.10mm、倒棱珩磨角度为θ-25°的倒棱珩磨面。进而将旋转刷子推压碰到工具刀尖部,对由后隙面和倒棱珩磨面形成的棱线部进行圆角珩磨加工。此时,一边调整加工时间一边用轮廓测量仪(contracer)测定,进行圆角珩磨加工从而达到表1所示的曲率半径R。在圆角珩磨加工后,用乙醇及丙酮将工具洗净,然后进行真空干燥处理。采用具备磁控溅射装置及使用φ1mm的钨丝作为热灯丝的离子刻蚀装置的真空装置,对立方晶氮化硼烧结体工具的基材1进行表1所示的表面处理,从而得到发明品1~15及比较品1~6的切削工具。此外,基材的表面处理是对基材进行金属膜的涂覆或离子刻蚀(以下称为“IE”)的处理,具体的表面处理条件如表2、3所示。
表1
表2
表3
对得到的发明品1~15及比较品1~6的切削工具,用扫描电子显微镜(SEM)拍摄了圆角珩磨面、倒棱珩磨面和烧结体内部的断面的照片。对断面照片进行了图像解析,在测定了立方晶氮化硼(cBN)的平均粒径后,分别测定了圆角珩磨面、倒棱珩磨面的立方晶氮化硼和结合相的断面曲线的长度,由此求出PR/PC,其值如表4所示。
表4
对发明品1~15及比较品1~6的切削工具进行了切削试验1。
[切削试验1]
切削加工的种类:外径强断续切削
被切削材料材质:SCM420H(渗碳淬火材料)
被切削材料硬度:HRC60~62
被切削材料形状:切槽大致呈圆盘状(外径100mm、厚度11mm)、断续处为24处
切削速度:200(m/min)
进刀:0.12(mm/rev)
进刀量:0.18(mm)
重复次数:2次
寿命判定:直到发生缺损的加工数量
切削试验1的结果如表4所示。此外,根据加工数量以良好的顺序将切削性能规定为◎、○、×(在以下的切削试验中也同样表示)。从该结果得知:发明品与比较品相比,加工数量增加到1.5倍以上。
实施例2
采用平均粒径1.5μm的立方晶氮化硼粉末,通过在压力为5.5GPa、温度为1773K的条件下,对具有表5所示的配合组成的混合粉末进行超高温高压烧结,便得到立方晶氮化硼烧结体。将得到的立方晶氮化硼烧结体作为基材2~10。准备ISO标准CNGA120408形状的超硬合金基体金属,将基材2~10的立方晶氮化硼烧结体钎焊在超硬合金基体金属的成为刀尖的角部上。
表5
基材 | 立方晶氮化硼烧结体的配合组成(体积%) |
基材2 | 30cBN-10Al-25Al2O3-10Ti(C,N)-5(Ti,Hf)N-10WC-5Co-2Ni-3Mg |
基材3 | 40cBN-10Al-30Al2O3-3WC-13Ti(C,N)-1Si-1Mg-2Co |
基材4 | 50cBN-10Al-25Al2O3-15Ti(C,N) |
基材5 | 55cBN-5Al-25Al2O3-3TiB2-10TiN-2ZrN |
基材6 | 60cBN-10Al-20Al2O3-10TiN |
基材7 | 70cBN-5Al-15Al2O3-8WC-2Co |
基材8 | 80cBN-5Al-5Al2O3-10TiN |
基材9 | 90cBN-7Al-2WC-1Co |
基材10 | 95cBN-2Al2O3-1TiN-1WC-1Co |
用270#的金刚石砂轮对钎焊有基材2~10的立方晶氮化硼烧结体的工具的前倾面(上下面)、后隙面(外周面)进行磨削加工,接着,在由前倾面和后隙面形成的棱线部上通过600#的金刚石砂轮形成倒棱珩磨宽度T为0.20mm、倒棱珩磨角度为θ-30°的倒棱珩磨面。进而将旋转刷子推压碰到工具刀尖部,对由后隙面和倒棱珩磨面形成的棱线部进行圆角珩磨加工。此时,一边调整加工时间一边用轮廓测量仪测定,进 行圆角珩磨加工从而使曲率半径R达到30μm。在圆角珩磨加工后,用乙醇及丙酮将工具洗净,然后进行真空干燥处理。采用具备磁控溅射装置及使用φ1mm的钨丝作为热灯丝的离子刻蚀装置的真空装置,对立方晶氮化硼烧结体工具的基材2~10进行表6的表面处理,从而得到发明品16~24及比较品7、8的切削工具。具体的表面处理条件如表7所示。此外,表面处理的条件1表示不进行基材的表面处理。
表6
试样No. | 基材 | 表面处理 |
发明品16 | 基材2 | 条件18 |
发明品17 | 基材3 | 条件18 |
发明品18 | 基材4 | 条件18 |
发明品19 | 基材5 | 条件18 |
发明品20 | 基材6 | 条件18 |
发明品21 | 基材7 | 条件18 |
发明品22 | 基材8 | 条件18 |
发明品23 | 基材9 | 条件18 |
发明品24 | 基材10 | 条件18 |
比较品7 | 基材6 | 条件1 |
比较品8 | 基材6 | 条件19 |
表7
对得到的发明品16~24及比较品7、8的切削工具,用扫描电子显微镜(SEM)拍摄了圆角珩磨面、倒棱珩磨面和烧结体内部的断面的照 片。对断面照片进行了图像解析,在测定了立方晶氮化硼(cBN)的平均粒径后,分别测定了圆角珩磨面、倒棱珩磨面的立方晶氮化硼和结合相的断面曲线的长度,由此求出PR/PC,其值如表8所示。
表8
对发明品16~24及比较品7、8的切削工具进行了切削试验2。
[切削试验2]
切削加工的种类:外径强断续切削
被切削材料材质:SCM435H(渗碳淬火材料)
被切削材料硬度:HRC60~62
被切削材料形状:外径80mm的大致圆筒形、断续处为2处
切削速度:110(m/min)
进刀:0.2(mm/rev)
进刀量:0.2(mm)
重复次数:2次
寿命判定:直到崩刃或缺损发生的加工时间(min)。
切削试验2的结果如表8所示。发明品相对于比较品显示出2倍以 上的寿命。其中,发明品17~23特别好,而且发明品18、20、22即使在加工时间为30min时也依然可以切削,相对于比较品7、8,寿命大约提高到3倍。
实施例3
采用表9所示的平均粒径的立方晶氮化硼粉末,通过在压力为5.5GPa、温度为1773K的条件下,对配合组成为65体积%cBN-10体积%Al-15体积%Al2O3-10体积%TiN的混合粉末进行超高温高压烧结,便得到立方晶氮化硼烧结体。将得到的立方晶氮化硼烧结体作为基材11~20。准备ISO标准CNGA120408形状的超硬合金基体金属,将基材11~20的立方晶氮化硼烧结体钎焊在超硬合金基体金属的成为刀尖的角部上。
表9
基材 | 立方晶氮化硼粉末的平均粒径(μm) |
基材11 | 0.1 |
基材12 | 0.3 |
基材13 | 1.0 |
基材14 | 1.5 |
基材15 | 2.0 |
基材16 | 3.5 |
基材17 | 4.0 |
基材18 | 5.0 |
基材19 | 6.0 |
基材20 | 6.5 |
用270#的金刚石砂轮对钎焊有基材11~20的立方晶氮化硼烧结体的工具的前倾面(上下面)、后隙面(外周面)进行磨削加工,接着,在由前倾面和后隙面形成的棱线部上通过600#的金刚石砂轮形成倒棱珩磨宽度T为0.23mm、倒棱珩磨角度为θ-20°的倒棱珩磨面。进而将旋转刷子推压碰到工具刀尖部,对由后隙面和倒棱珩磨面形成的棱线部进行圆角珩磨加工。此时,一边调整加工时间一边用轮廓测量仪测定,进行圆角珩磨加工从而使曲率半径R达到30μm。在圆角珩磨加工后,用乙醇及丙酮将工具洗净,然后进行真空干燥处理。采用具备磁控溅射装 置及使用φ1mm的钨丝作为热灯丝的离子刻蚀装置的真空装置,对立方晶氮化硼烧结体工具的基材11~20进行表10的表面处理,由此得到发明品25~34及比较品9、10的切削工具。表面处理的条件18、19分别为与实施例2的表面处理的条件18、19相同的条件。此外,条件1意味着没有进行基材的表面处理。
表10
试样No. | 基材 | 表面处理 |
发明品25 | 基材11 | 条件18 |
发明品26 | 基材12 | 条件18 |
发明品27 | 基材13 | 条件18 |
发明品28 | 基材14 | 条件18 |
发明品29 | 基材15 | 条件18 |
发明品30 | 基材16 | 条件18 |
发明品31 | 基材17 | 条件18 |
发明品32 | 基材18 | 条件18 |
发明品33 | 基材19 | 条件18 |
发明品34 | 基材20 | 条件18 |
比较品9 | 基材14 | 条件1 |
比较品10 | 基材14 | 条件19 |
就得到的发明品25~34及比较品9、10的切削工具,制作基材内部的断面,用扫描电子显微镜(SEM)观察断面,测定立方晶氮化硼(cBN)的平均粒径,其值如表11所示。进而用扫描电子显微镜(SEM)拍摄圆角珩磨面和倒棱珩磨面的断面的照片。通过对断面照片进行图像解析,分别测定圆角珩磨面、倒棱珩磨面的立方晶氮化硼和结合相的断面曲线的长度,求出PR/PC,其值如表11所示。
表11
对发明品25~34及比较品9、10的切削工具进行了切削试验3。
[切削试验3]
切削加工的种类:外径强断续切削
被切削材料材质:SCM415H(渗碳淬火材料)
被切削材料硬度:HRC59~62
被切削材料形状:外径80mm的大致圆筒形、断续处为2处
切削速度:140(m/min)
进刀:0.15(mm/rev)
进刀量:0.5(mm)
重复次数:2次
寿命判定:直到崩刃或缺损发生的加工时间(min)。其中,最大设定为20min。
切削试验3的结果如表11所示。发明品相对于比较品,显示出1.5 倍以上的寿命。发明品中的立方晶氮化硼的平均粒径为1.5~5μm的发明品特别良好,显示出为比较品的2倍以上的寿命。
实施例4
采用平均粒径3.0μm的立方晶氮化硼粉末,在压力为5.5GPa、温度为1773K的条件下,对配合组成为55体积%cBN-10体积%Al-20体积%Al2O3-15体积%TiN的混合粉末进行超高温高压烧结,便得到立方晶氮化硼烧结体。将得到的立方晶氮化硼烧结体作为基材21。
准备ISO标准CNGA120408形状的超硬合金基体金属,将基材21钎焊在超硬合金基体金属的成为刀尖的角部上。用270#的金刚石砂轮对该钎焊的工具的前倾面(上下面)、后隙面(外周面)进行磨削加工,接着,在由前倾面和后隙面形成的棱线部上通过600#的金刚石砂轮形成倒棱珩磨宽度T为0.26mm、倒棱珩磨角度为θ-18°的倒棱珩磨面。进而将旋转刷子推压碰到工具刀尖部,对由后隙面和倒棱珩磨面形成的棱线部进行圆角珩磨加工。此时,一边调整加工时间一边用轮廓测量仪测定,进行圆角珩磨加工从而使曲率半径R达到30μm。在圆角珩磨加工后,用乙醇及丙酮将工具洗净,然后进行真空干燥处理。在采用具备磁控溅射装置及使用φ1mm的钨丝作为热灯丝的离子刻蚀装置的真空装置,对立方晶氮化硼烧结体工具的基材21进行了表12所示的表面处理之后,除了一部分试样以外,采用电弧离子镀电极涂覆表12所示的覆盖膜,便得到发明品35~58及比较品11~14的切削工具。具体的表面处理条件如表13所示。此外,表面处理的条件1表示没有进行基材的表面处理。此外,具体的涂覆条件如表14所示。
表12
试样No. | 基材 | 表面处理 | 覆盖膜 |
比较品11 | 基材21 | 条件1 | 无覆盖膜 |
比较品12 | 基材21 | 条件1 | 覆盖膜11 |
比较品13 | 基材21 | 条件20 | 无覆盖膜 |
比较品14 | 基材21 | 条件20 | 覆盖膜18 |
发明品35 | 基材21 | 条件21 | 无覆盖膜 |
发明品36 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜1 |
发明品37 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜2 |
发明品38 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜3 |
发明品39 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜4 |
发明品40 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜5 |
发明品41 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜6 |
发明品42 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜7 |
发明品43 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜8 |
发明品44 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜9 |
发明品45 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜10 |
发明品46 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜11 |
发明品47 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜12 |
发明品48 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜13 |
发明品49 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜14 |
发明品50 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜15 |
发明品51 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜16 |
发明品52 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜17 |
发明品53 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜18 |
发明品54 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜19 |
发明品55 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜20 |
发明品56 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜21 |
发明品57 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜22 |
发明品58 | 基材21 | 条件21 | 覆盖膜23 |
表13
表14
对得到的发明品35~58及比较品11~14的切削工具,利用扫描电子显微镜(SEM)拍摄了圆角珩磨面、倒棱珩磨面和烧结体内部的断面照片,并对断面照片进行了图像解析,在测定了立方晶氮化硼(cBN)的平均粒径后,通过分别测定圆角珩磨面和倒棱珩磨面的立方晶氮化硼和结合相的断面曲线的长度,求出PR/PC,其值如表15所示。
表15
对发明品35~58及比较品11~14的切削工具进行了切削试验4。
[切削试验4]
切削加工的种类:外径强断续切削
被切削材料材质:SCM435H(渗碳淬火材料)
被切削材料硬度:HRC58~61
被切削材料形状:外径48mm的大致圆筒形、断续处为2处
切削速度:150(m/min)
进刀:0.25(mm/rev)
进刀量:0.15(mm)
重复次数:3次
寿命判定:直到崩刃或缺损发生的加工时间(min)。
切削试验4的结果如表15所示。比较品11~14的寿命低于10分钟。无覆盖膜的发明品35的寿命为比较品11~14的寿命的2倍以上。通过对发明品涂覆覆盖膜使得寿命更加提高。其中特别是涂覆了以Ti和Al为主成分的覆盖膜的发明品45~58的寿命为比较品11~14的寿命的3~5倍。
本发明通过分别在立方晶氮化硼烧结体工具的圆角珩磨面和倒棱珩磨面上设置最优的表面组织,在高负荷切削加工或高效率切削加工之类的苛刻的切削加工中,可使工具寿命长寿命化。由此,可谋求提高切削加工的效率,同时降低切削加工的成本,因此在产业上的应用可能性是非常大的。
Claims (9)
1.一种立方晶氮化硼烧结体工具,其由立方晶氮化硼、结合相和不可避免的杂质构成,所述立方晶氮化硼烧结体工具的特征在于:
具备后隙面、前倾面、倒棱珩磨面、形成于后隙面和倒棱珩磨面交叉的棱线上的圆角珩磨面,圆角珩磨面的形状的曲率半径R为10~50μm的范围;
设定立方晶氮化硼的平均粒径的5倍以上为基准长度S,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LCC,倒棱珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LCB,LCC与LCB之比为PC(PC=LCC/LCB),圆角珩磨面的基准长度S中所含的立方晶氮化硼的断面曲线的长度的合计为LRC,圆角珩磨面的基准长度S中所含的结合相的断面曲线的长度的合计为LRB,LRC与LRB之比为PR(PR=LRC/LRB),则
PR与PC之比(PR/PC)为1.2≤PR/PC≤8.0。
2.根据权利要求1所述的立方晶氮化硼烧结体工具,其中,含有40~90体积%的立方晶氮化硼,剩余部分为结合相及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的立方晶氮化硼烧结体工具,其中,立方晶氮化硼具有0.30~6.0μm的平均粒径。
4.根据权利要求1所述的立方晶氮化硼烧结体工具,其中,结合相为选自元素周期表4a、5a、6a族的金属、Al、Si、Mg、Co、Ni、以及下述元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及它们的互固溶体之中的至少1种;所述元素为元素周期表4a、5a、6a族元素、Al、Si、Mg、Co以及Ni。
5.一种涂覆的立方晶氮化硼烧结体工具,其在权利要求1~4中任一项所述的立方晶氮化硼烧结体工具的表面上涂覆有覆盖膜。
6.根据权利要求5所述的涂覆的立方晶氮化硼烧结体工具,其中,覆盖膜由选自下述元素的氮化物、碳化物、氧化物及它们的互固溶体之中的至少1种形成;所述元素为元素周期表4a、5a、6a族元素、Al、Si、B、Y以及Mn。
7.根据权利要求5所述的涂覆的立方晶氮化硼烧结体工具,其中,覆盖膜为立方晶结晶。
8.根据权利要求5所述的涂覆的立方晶氮化硼烧结体工具,其中,覆盖膜由选自含有Ti和Al的氮化物、碳化物、氧化物及它们的互固溶体之中的至少1种形成。
9.根据权利要求5所述的涂覆的立方晶氮化硼烧结体工具,其中,覆盖膜的组成为(Ti(1-a-b)AlaMb)(X);式中,M表示选自Y、Cr、Si、Zr、Nb、Mn、W、Hf、V、B之中的至少1种元素,X表示选自C、N、O之中的至少1种元素,a表示Al相对于Ti、Al、M合计的原子比,b表示M相对于Ti、Al、M合计的原子比,并且0.1≤a≤0.7、0.002≤b≤0.1。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008-070615 | 2008-03-19 | ||
JP2008070615A JP5125646B2 (ja) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | 立方晶窒化硼素焼結体工具 |
PCT/JP2009/055393 WO2009116610A1 (ja) | 2008-03-19 | 2009-03-19 | 立方晶窒化硼素焼結体工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101970156A CN101970156A (zh) | 2011-02-09 |
CN101970156B true CN101970156B (zh) | 2012-09-26 |
Family
ID=41091008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009801090708A Active CN101970156B (zh) | 2008-03-19 | 2009-03-19 | 立方晶氮化硼烧结体工具 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8481145B2 (zh) |
EP (1) | EP2266730B1 (zh) |
JP (1) | JP5125646B2 (zh) |
CN (1) | CN101970156B (zh) |
DE (1) | DE09722979T1 (zh) |
ES (1) | ES2360667T1 (zh) |
WO (1) | WO2009116610A1 (zh) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2500332B1 (en) * | 2009-11-11 | 2016-01-27 | Tungaloy Corporation | Cubic boron nitride sintered compact, coated cubic boron nitride sintered compact, method for producing cubic boron nitride sintered compact, and method for producing coated cubic boron nitride sintered compact |
MX343044B (es) * | 2010-02-04 | 2016-10-21 | Oerlikon Surface Solutions Ag Pfäffikon | Herramientas de corte con recubrimientos de multiples capas de al-cr-b-n/ti-al-n. |
GB201011574D0 (en) * | 2010-07-09 | 2010-08-25 | Element Six Ltd | PCBN material |
EP2614906B1 (en) * | 2010-09-07 | 2020-07-15 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
JP5126702B1 (ja) * | 2011-09-12 | 2013-01-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具 |
JP6172519B2 (ja) * | 2013-09-20 | 2017-08-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 高硬度鋼の切削加工ですぐれた耐チッピング性を長期に亘って発揮する表面被覆切削工具 |
JP5879664B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2016-03-08 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
AU2017254220B2 (en) * | 2016-04-20 | 2021-12-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Drilling tip, drilling tool, and method of manufacturing drilling tip |
CN108513549B (zh) | 2016-12-26 | 2021-03-30 | 住友电工硬质合金株式会社 | 切削工具及其制造方法 |
US10406654B2 (en) * | 2017-10-25 | 2019-09-10 | Diamond Innovations, Inc. | PcBN compact for machining of ferrous alloys |
CN108101547A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-06-01 | 北京富兴凯永兴光电技术有限公司 | 光学镀膜材料及其制作方法 |
EP3804891A4 (en) * | 2018-05-30 | 2022-02-23 | Moldino Tool Engineering, Ltd. | COATED CUTTING TOOL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
US11542203B2 (en) * | 2019-07-18 | 2023-01-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Cubic boron nitride sintered material |
WO2021260775A1 (ja) * | 2020-06-22 | 2021-12-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1188504A1 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-20 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | Coated cutting tool |
CN1347784A (zh) * | 2000-08-31 | 2002-05-08 | 住友电气工业株式会社 | 表面涂覆的氮化硼烧结密实体的刀具 |
EP1741505A1 (en) * | 2004-04-30 | 2007-01-10 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Tool of surface-coated cubic boron nitride sintered compact and process for producing the same |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IE46644B1 (en) | 1977-02-18 | 1983-08-10 | Gen Electric | Temperature resistant abrasive compact and method for making same |
US4224380A (en) | 1978-03-28 | 1980-09-23 | General Electric Company | Temperature resistant abrasive compact and method for making same |
JP3309507B2 (ja) * | 1993-06-30 | 2002-07-29 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆立方晶窒化ほう素基セラミックス製切削工具 |
JP2001212703A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-08-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶硬質焼結体切削工具 |
EP1122010B1 (en) * | 1999-11-25 | 2009-01-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Cutting tool of polycrystalline hard sintered material |
JP2002275571A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-25 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | cBN基焼結体およびその被覆工具 |
JP2006082207A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
US7765902B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-08-03 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool for high-quality high-efficiency machining and cutting method using the same |
-
2008
- 2008-03-19 JP JP2008070615A patent/JP5125646B2/ja active Active
-
2009
- 2009-03-19 EP EP09722979.3A patent/EP2266730B1/en active Active
- 2009-03-19 CN CN2009801090708A patent/CN101970156B/zh active Active
- 2009-03-19 US US12/933,136 patent/US8481145B2/en active Active
- 2009-03-19 ES ES09722979T patent/ES2360667T1/es active Pending
- 2009-03-19 DE DE09722979T patent/DE09722979T1/de active Pending
- 2009-03-19 WO PCT/JP2009/055393 patent/WO2009116610A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1347784A (zh) * | 2000-08-31 | 2002-05-08 | 住友电气工业株式会社 | 表面涂覆的氮化硼烧结密实体的刀具 |
EP1188504A1 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-20 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | Coated cutting tool |
EP1741505A1 (en) * | 2004-04-30 | 2007-01-10 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Tool of surface-coated cubic boron nitride sintered compact and process for producing the same |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP特开2002-275571A 2002.09.25 |
JP特开平7-18415A 1995.01.20 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2266730A1 (en) | 2010-12-29 |
US8481145B2 (en) | 2013-07-09 |
ES2360667T1 (es) | 2011-06-08 |
EP2266730B1 (en) | 2013-07-03 |
US20110014426A1 (en) | 2011-01-20 |
WO2009116610A1 (ja) | 2009-09-24 |
EP2266730A4 (en) | 2011-09-21 |
JP5125646B2 (ja) | 2013-01-23 |
DE09722979T1 (de) | 2011-06-16 |
CN101970156A (zh) | 2011-02-09 |
JP2009220259A (ja) | 2009-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101970156B (zh) | 立方晶氮化硼烧结体工具 | |
JP6634647B2 (ja) | 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
CN100558928C (zh) | 硬质膜和制备该硬质膜的方法 | |
CN105073313B (zh) | 表面包覆切削工具 | |
JP5542925B2 (ja) | 切削工具 | |
CN103801718B (zh) | 表面包覆切削工具 | |
JP4975193B2 (ja) | 切削工具 | |
CN104108014B (zh) | 硬质包覆层发挥耐崩刀性的表面包覆切削工具 | |
JP2005271190A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
WO2010150335A1 (ja) | 被覆立方晶窒化硼素焼結体工具 | |
CN106413954A (zh) | 硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具 | |
JP2004074361A (ja) | 被覆硬質工具 | |
WO2013015302A1 (ja) | 切削工具 | |
KR20150108906A (ko) | 절삭 공구 | |
JP5883161B2 (ja) | 切削工具 | |
JP2006281363A (ja) | 表面被覆部材および表面被覆切削工具 | |
JP2009107028A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具 | |
WO2016084939A1 (ja) | 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
JP5835306B2 (ja) | 超硬合金およびこれを用いた表面被覆切削工具 | |
JP5835308B2 (ja) | 超硬合金およびこれを用いた表面被覆切削工具 | |
JP7415223B2 (ja) | 強断続切削加工においてすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
CN107921550B (zh) | 硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具 | |
JP5309733B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4844884B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2012139795A (ja) | 軟質難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐剥離性とすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |