[发明专利]涂层切削刀片

说明书

本发明涉及特别适合干铣灰口铸铁的涂层刀具(硬质合金刀片)。

一般来讲，灰口铸铁是一种可用硬质合金刀具容易加工的材料。通常，都能获得长的使用寿命。然而，铸铁的可切削性变化很大。由于材料中化学组成的细微变化可以导致刀具使用寿命的明显变化，而这种材料组成的变化可能是与所用铸造技术，如冷却条件有关。其它的影响因素有铸造表面和砂类夹杂物(如果有的话)，甚至用来切削材料的机器的稳定性也是一个影响因素。众所周知，铸铁的可切削性在一个批料和另一批料之间是有差别的。

人们一直期望在工业化大生产中有可靠和稳定的使用寿命的刀具，尤其在使用无人管理的生产中。

当用涂层铣刀来切削灰口铸铁时，切刀主要是通过所谓的粘着磨损机制而磨损。也就是说，在形成的加工工件切屑作用下，涂层及后来一部分硬质合金的碎块或晶粒会从切削刃上掉下。当沿切削刃及垂直切削刃方向形成有约50μm的裂纹时(通常称为梳形裂纹(comb cracks))，这种磨损机制还会加剧。这是由于所有铣削通常都是间歇切削而引起的热疲劳的结果。因此，工业上硬质合金铣刀片通常都含有γ相，它是一种WC—TiC—TaC—NbC的固溶体，以减轻热作用磨损机制。

一旦涂层被磨掉，下面的硬质合金就会很快磨损。这将产生更大的切削力。经过一段时间，形成的梳形裂纹将会引起切削刃的严重崩裂，而损坏的刀具将产生差的加工表面或导致被切削件的碎裂。

主要为粘着磨损机制的切削加工对涂层和硬质合金均有很高的要求。人们期望硬质合金能够在尽可能长的时间内防止梳形裂纹的形成，而且涂层与硬质合金结合紧密。此外，还希望在切屑和涂层之间有低的粘着力，并且涂层有高的内部强度(粘结强度)，这点是很重要的。

现已惊奇地发现，在本文所指的基体的纯WC—Co硬质合金上面，形成第一层/内层主要由柱状晶粒的TiCxNyOz层构成的柱状晶粒涂层结构，并在外面形成柱状的织构细晶粒α—Al₂O₃层后，具有很高的性能，尤其在铣削铸铁的情况下。事实上，这种刀具比现有技术的刀具性能好得多。

图1是根据本发明的涂层刀片放大5000倍的显微照片，其中

A——基体

B——等轴晶粒的TiCxNyOz层

C——柱状晶粒的TiCxNyOz层

D——等轴或针状晶粒的TiCxNyOz层

E——柱状晶粒的(012)织构α—Al₂O₃层

根据本发明，提供了一种刀片，它有WC—Co组合物的硬质合金基体，组合物含有3—15，优选3—12，最优选5—8wt％Co，并且WC晶粒尺寸为1—2μm，优选约为1.5μm。此外，基体还可包括不超过2wt％的选自周期表中第IVb，Vb或VIb族金属的立方碳化物，如TiC、TaC和NbC。但是，纯WC＋Co组合物是优选的。

涂层包括

——第一层(最里层)TiCxNyOz，x＋y＋z＝1，优选z＜0.5，其厚度为0.1—2μm，晶粒为小于0.5μm的等轴晶粒，

——第二层TiCxNyOz，x＋y＋z＝1，优选z＝0，x＞0.3，y＞0.3，其厚度为2—10μm，最好4—7μm，晶粒是直径约＜5μm，优选＜2μm的柱状晶粒，

——第三层TiCxNyOz，x＋y＋z＝1，z≤0.5，优选z＞0.1，其厚度为0.1—2μm，晶粒是尺寸≤0.5μm的等轴或针状晶粒，该层与最里层可以相同也可以不同，和

——一层厚度为2—10μm，优选3—6μm的光滑、有织构的细晶粒(粒径约1μm)α—Al₂O₃层作为外层，在0.25mm的测量长度内表面粗糙度(Ra)小于0.3μm。优选地，这层α—Al₂O₃是最外层，但它外面还可有别的层，例如现有技术中已知的薄(约0.1—1μm)的装饰层(如TiN层)。