由立方氮化硼燒結體制成的工具制造技術

本發明專利技術提供一種由立方氮化硼燒結體制成的工具，其在切削和塑性加工的任何應用中均穩定地具有長壽命。本發明專利技術的由立方氮化硼燒結體制成的工具至少在工具工作點處包含立方氮化硼燒結體，并且其特征在于滿足式(Ⅰ)，并滿足式(Ⅱ)和式(Ⅲ)中的任意一者：20≤X≤98…(Ⅰ)，Y≤0.6×X+3（其中20≤X＜88）…(Ⅱ)，Y≤5.8×X-455(其中88≤X≤98)…(Ⅲ)，其中，X體積%是指所述立方氮化硼燒結體中所含的立方氮化硼的比率，Y(W/m·K)是指所述立方氮化硼燒結體的導熱率。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及由立方氮化硼燒結體制成的工具，特別是涉及耐磨性和耐崩裂性優異的由立方氮化硼燒結體制成的工具。
技術介紹
切削材料時，會選擇適合于加工材料的切削工具和切削方法。為了在切削加工時達到較長的壽命，如何抑制切削時切削刃的溫度是很重要的，于是具有優異導熱率的工具材料得到重視。通常，使用由導熱率優異的超高壓燒結體(例如，金剛石燒結體和立方氮化硼(也可以表示為“cBN”)燒結體等)制成的工具進行切削加工時，在諸如高速條件、大切削深度或高進給條件之類的高效條件下，由于切削刃的溫度升高，會發生擴散至加工材料、或諸如氧化之類的化學磨損。作為抑制這些磨損的方法，已經實施了:改為低速條件、通過減小工具切削刃的楔角來抑制切削時的阻力、通過向切削點注入冷卻劑來冷卻切削點等方法。例如，作為在對難加工材料進行切削時為了達到更長壽命的方法，日本專利特開N0.2009-045715 (專利文獻I)使用了這樣一種切削工具，其中至少在切削刃的參與切削的這一部分中施用了導熱率不低于100W/m.Κ的具有高熱輻射性能的超高壓燒結體材料。然后，該文獻公開了這樣的專利技術，該專利技術通過邊加工邊使用高壓冷卻劑來冷卻所述切削工具的切削刃，從而抑制因切削時所產生的熱量而導致的切削刃處溫度升高。同時，例如，在對諸如玻璃、陶瓷、硬質合金或鐵基燒結合金難加工材料之類的脆性難加工材料進行切削加工時，有人建議通過以高速條件進行切削、或通過使用激光輔助設備提高加工材料的切削點的溫度，從而軟化加工材料、或將切屑的生成機制由脆性模式轉變為延性模式，由此獲得良好的加工面。但是原則上，將工具的切削刃暴露在高溫下，而且又急速冷卻，因此很可能會導致切削工具發生劣化和崩裂、或者突發性崩裂。此外，加工工具也會出現諸如主軸轉數受限制、或者需要安裝昂貴的激光設備等問題。cBN燒結體主要是指利用主要由TiN、TiC、Co和Al構成的結合相使cBN顆粒之間相互結合在一起而得到的塊體。cBN顆粒是一種硬度和導熱率與金剛石接近的材料，而且其韌性優于陶瓷材料。因此，對于包含80體積％以上的cBN顆粒的高cBN含量的cBN燒結體，其在耐塑性變形、耐崩裂性等特性方面優異。與諸如常規超硬工具之類的工具材料相比，由cBN燒結體制成的工具(該工具包含具有這些特性的cBN燒結體)優異，這是因為其具有更佳的化學穩定性、對鐵的親和性更低、壽命更長、加工效率更高(這是因其具有高材料硬度)。在諸如Ni基和鐵基高硬度難削材料的切削加工、冷鍛沖孔工具的塑性加工等應用中，這種由高性能cBN燒結體制成的工具已取代了常規使用的工具。這里，切削是指對具有所需規格和形狀的制品進行機械加工，同時加工材料被局部剪斷和破碎并且產生切屑。另一方面，塑性加工是指對工件施加力以使其變形，從而將該工件形成為具有規定形狀和規格的產品。需要注意的是，塑性加工與切削加工的不同之處在于，塑性加工不產生切屑。由于由cBN燒結體制成的工具具備上述優異特性，因此有利的是，在任何切削加工和塑性加工應用中，不容易發生突發性的崩裂，由此極適于使用。例如，關于常規的由CBN燒結體制成的工具，日本專利特開N0.07-291732(專利文獻2)和日本專利特開N0.10-158065 (專利文獻3)認為cBN燒結體中所含的金屬(例如，Al)、氧等為雜質。因此，這些文獻公開了這樣一種技術:該技術通過將所述雜質的引入降到最低并且增加cBN顆粒的混合比率，從而改善cBN燒結體的硬度和韌性。此外，人們普遍認為如果由CBN燒結體制成的工具具有高硬度、高韌性和高導熱率，則該工具具有高性能。根據這種普遍看法，日本專利特開N0.2005-187260(專利文獻4)和TO2005/066381 (專利文獻5)均提出通過利用高純度cBN顆粒的高導熱率，來使用含有高濃度的高純度cBN顆粒的cBN燒結體。由此可以得到這樣的由cBN燒結體制成的工具，該工具實現了更高的硬度、韌性以及更高的導熱率。即使在對低延性材料進行塑性加工時、特別是在對鐵基燒結合金進行切削加工時，這種由cBN燒結體制成的工具也不容易發生崩裂，并且該工具還具有優異的耐磨性，因此該工具適于使用。引用列表專利文獻專利文獻1:日本專利特開N0.2009-045715專利文獻2:日本專利特開N0.07-291732專利文獻3:日本專利特開N0.10-158065專利文獻4:日本專利特開N0.2005-187260專利文獻5:W02005/06638
技術實現思路
技術問題然而，在將具有高cBN含量的由cBN燒結體制成的工具應用于切削近來具有低延性特性的難削材料時，由于cBN燒結體具有高導熱率，因此切削時在加工部位產生的摩擦熱會擴散至cBN燒結體。結果，無法在保持高溫的同時進行切削，因此切削效率顯著降低。也就是說，cBN燒結體成分達80體積％以上的具有高cBN含量的燒結體具有優異的耐崩裂性，然而同時，這種燒結體具有高導熱率，所以通過加工而產生的摩擦熱會由cBN燒結體逸出。因此，由于加工時產生的熱無法充分地傳導至加工材料，導致無法使加工材料軟化，因此會向工具加載負荷，于是即使是強耐崩裂性的由cBN燒結體制成的工具也會發生朋裂。特別是在鐵基燒結合金的切削時，由于其低延性，因此在加工材料溫度不夠高的切削環境下，剪切無法平穩進行，加工面上會產生凹點，因此表面粗糙度可能會變差。當為了改善表面粗糙度而提高切削速度，即加工材料的溫度升高時，磨損快速發展，于是無法得到滿意的工具壽命。或者，在對以Ni基合金為代表的在高溫中硬度極佳的超耐熱合金進行剪切時，或者在加工時相應產生的熱量流入加工材料中時，加工材料因其在高溫時硬度極佳而難以被軟化，于是cBN燒結體容易發生崩裂。據推斷，導致cBN燒結體產生所述崩裂的主要因素為機械損傷機制，例如由于cBN顆粒自身的強度不足而導致的破碎，或者由于cBN顆粒之間的結合力不足而導致的cBN顆粒脫落。在塑性加工時由cBN燒結體制成的工具需要更高的性能。就是說，塑性加工時，隨著工件的高性能，當對具有高硬度和低延性特性的難加工材料進行塑性加工時，冷鍛加工容易使所述工件產生龜裂或斷裂等缺陷。因此，只有通過溫鍛、熱鍛等將所述工件加熱至大于或等于400°C且小于或等于1000°C的溫度以使其硬度降低且延性增強，然后才可對其進行塑性加工。然而，采用溫鍛、熱鍛等進行塑性加工時，與冷鍛加工相比，加工部位產生的摩擦熱使得加工部位的溫度變得更高，由于此高溫的影響而使所述工具被加載負荷，導致該工具的壽命變得極短。此外，對含碳量不低于0.5質量％的鋼材進行塑性加工會生成具有馬氏體結構或殘留奧氏體的脆性層，這是因為cBN燒結體具有高導熱率，加工產生的熱快速地流出至由cBN燒結體制成的工具，因此工件快速冷卻。所述工件的材料強度和疲勞強度也因此趨于降低。如果為了防止工件快速冷卻而使cBN含量低于80體積％，則導熱率會變得相對較低，加工所產生的熱量不易流出至由cBN燒結體制成的工具，于是可以抑制工件的快速冷卻。另一方面，強度和韌性不及cBN顆粒的結合相成為相對主要的，因此由這種cBN燒結體制成的工具可能在最初階段就會崩裂。利用這種增加和減少cBN顆粒含量的方法，在提高工具的硬度和降低工具的導熱率之間需要進行權衡，很難同時得到滿足。鑒于上述情況本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.12 JP 2010-0553261.種由立方氮化硼燒結體制成的工具，其至少在工具工作點處包含立方氮化硼燒結體， 所述工具滿足式(I)，并滿足式(II)和式(III)中的任意一者， 20 ≤X ≤ 98 …(I )Y≤ 0.6XX+3 (其中 20 ≤ X < 88)...(II)Y≤5.8XX-455 (其中 88 ≤ X≤ 98)...(III) 其中，X體積％是指所述立方氮化硼燒結體中所含的立方氮化硼的比率，Y(W/m.K)是指所述立方氮化硼燒結體的導熱率。2.種由立方氮化硼燒結體制成的工具，其至少在工具工作點處包含立方氮化硼燒結體， 所述工具滿足式(IΓ ) Y≤ 0.5XX+1 (其中 60 ≤ X < 88)…(ΙΓ ) 其中X體積％是指所述立方氮化硼燒結體中所含的立方氮化硼的比率，Y (ff/m.K)是指所述立方氮化硼燒結體的導熱率。3.據權利要求1所述的由立方氮化硼燒結體制成的工具，其中 除所述立方氮化硼之外，所述立方氮化硼燒結體還包含絕熱相和結合相， 所述絕熱相包含一種或多種第一化合物，該第一化合物由選自Al、S1、T1、Zr、Mo、Ni和Cr所組成的組中的一種或多種元素以及選自N、C、O和B所組成的組中的一種或多種元素構成，并且 所述第一化合物在所述立方氮化硼燒結體中的含...

【專利技術屬性】
技術研發人員：岡村克己，瀨戶山誠，久木野曉，
申請(專利權)人：住友電工硬質合金株式會社，
類型：
國別省市：