JP2003048105A - 被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する
表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製切削工具が、炭化タ
ングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメット
で構成された工具基体の表面に、（ａ）Ｔｉの炭化物
層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層、
および炭窒酸化物層からなるＴｉ化合物層のうちの１層
または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの平均層厚
を有する下部強靭層、（ｂ）走査型電子顕微鏡により観
察された縦断面組織にもとづく測定で、５〜３０％の空
孔率を有する多孔質酸化アルミニウム蒸着層からなり、
かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上部硬質層、
（ｃ）窒化チタンからなり、かつ０．５〜５μｍの平均
層厚を有する表面補強層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成さ
れた被覆層を化学蒸着および／または物理蒸着してな
る。
表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製切削工具が、炭化タ
ングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメット
で構成された工具基体の表面に、（ａ）Ｔｉの炭化物
層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層、
および炭窒酸化物層からなるＴｉ化合物層のうちの１層
または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの平均層厚
を有する下部強靭層、（ｂ）走査型電子顕微鏡により観
察された縦断面組織にもとづく測定で、５〜３０％の空
孔率を有する多孔質酸化アルミニウム蒸着層からなり、
かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上部硬質層、
（ｃ）窒化チタンからなり、かつ０．５〜５μｍの平均
層厚を有する表面補強層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成さ
れた被覆層を化学蒸着および／または物理蒸着してな
る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に各種の鋼や
鋳鉄などの断続切削を、高い機械的および熱的衝撃の加
わる高切込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合
にも、被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面
被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄
などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部
に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチッ
プ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリ
ルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や
溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエン
ドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着
脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと
同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具な
どが知られている。 【０００３】また、従来、切削工具として、炭化タング
ステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構
成された工具基体（以下、単に工具基体という）の表面
に、（ａ）Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒
化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以
下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで
示す）層、窒酸化物（以下、ＴｉＮＯで示す）層、およ
び炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層からなるＴ
ｉ化合物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ
３〜２０μｍの平均層厚を有する下部強靭層、（ｂ）酸
化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層からなり、
かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上部硬質層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された被覆層を化学蒸着
および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られ
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】近年の切削加工装置の
高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化
および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これ
に伴い、切削工具には切削条件にできるだけ影響を受け
ない汎用性が要求される傾向にあるが、上記の従来被覆
超硬工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件
での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はない
が、これを断続切削を高切込みおよび高送りなどの重切
削条件で行なう切削加工に用いた場合には、切削時に発
生する高い機械的および熱的衝撃によって、前記被覆層
の切刃部にチッピング（微小欠け）が発生し易く、この
結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。 【０００５】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具に着目
し、特に鋼や鋳鉄などの断続切削を重切削条件で行なっ
ても、被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆
超硬工具を開発すべく研究を行った結果、（ａ）通常の
化学蒸着装置を用い、上記工具基体表面に、反応ガス組
成を、容量％で、ＡｌＣｌ3：０．０１〜０．２％、Ｈ
Ｃｌ：０．０１〜０．２％、ＣＯ2：０．０１〜０．５
％、ＳｉＣｌ4：１０×１０-4〜２×１０-3％、Ｈ２：
残り、とし、かつ、反応雰囲気温度：９００〜１２００
℃、反応雰囲気圧力：４〜２７ＫＰａ、とした条件でＡ
ｌ2Ｏ3層を形成すると、この結果多数の空孔が存在する
多孔質組織をもったＡｌ2Ｏ3層が形成されるようにな
り、この多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層の空孔率は主に反応ガス
成分であるＳｉＣｌ4の含有割合を調整することにより
調整でき、その含有割合が多くなるほど空孔率の高いも
のとなること。 【０００６】（ｂ）上記の従来被覆超硬工具において
は、これの被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層が高い高温硬さ
とすぐれた耐熱性を有するが、十分な耐衝撃性を具備す
るものでないために、特に高い機械的および熱的衝撃の
加わる重切削条件での断続切削では、被覆層にチッピン
グが発生し易いのに対して、前記従来被覆超硬工具の被
覆層のうちの前記Ａｌ2Ｏ3層に代って、上記（ａ）で得
られた多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層を、その空孔率を走査型電
子顕微鏡により観察された縦断面組織にもとづく測定
で、５〜３０％の範囲内の所定の空孔率に調整した上で
形成し、さらに前記多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層は、空孔が存
在するだけ強度の劣るものとなるため、これの上に表面
層として強度と靭性を有するＴｉＣＮ層を形成すると、
この結果の被覆超硬工具においては、前記ＴｉＣＮ層に
よって表面補強された多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層が切削時に
発生する機械的および熱的衝撃を十分に吸収緩和し、か
つ前記多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層をＴｉＣＮ層が十分に補強
することから、被覆層がすぐれた耐チッピング性を具備
するようになり、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮
すること。以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果
を得たのである。 【０００７】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、工具基体の表面に、（ａ）ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、
およびＴｉＣＮＯ層からなるＴｉ化合物層のうちの１層
または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの平均層厚
を有する下部強靭層、（ｂ）走査型電子顕微鏡により観
察された縦断面組織にもとづく測定で、５〜３０％の空
孔率を有する多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層からなり、かつ０．
５〜１５μｍの平均層厚を有する上部硬質層、（ｃ）Ｔ
ｉＣＮ層からなり、かつ０．５〜５μｍの平均層厚を有
する表面補強層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成された被覆
層を化学蒸着および／または物理蒸着してなる、被覆層
がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具に特
徴を有するものである。 【０００８】つぎに、この発明の被覆超硬工具におい
て、これを構成する被覆層について説明する。 （ａ）下部強靭層 下部強靭層のＴｉ化合物層には、被覆層の強度および靭
性を向上させ、かつ層間相互の密着性を向上させる作用
があるが、その平均層厚が３μｍ未満では前記作用に所
望の向上効果が得られず、一方その層厚が２０μｍを越
えると、被覆層が熱塑性変形し易くなり、この結果切刃
部に使用寿命短命化の原因となる偏摩耗が発生するよう
になることから、その平均層厚を３〜２０μｍと定め
た。 【０００９】（ｂ）上部硬質層 上部硬質層の多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層には、これの主体を
なすＡｌ2Ｏ3相が上記の通り高い高温硬さとすぐれた耐
熱性を具備することから、被覆層がすぐれた耐摩耗性を
発揮するようになると共に、前記Ａｌ2Ｏ3相中に分散分
布する多数の空孔が熱的および機械的衝撃を吸収緩和し
て、被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するように
なる作用がある。したがってその空孔率が５％未満では
十分な衝撃吸収緩和作用が得られず、一方そのその空孔
率が３０％を超えると、強度が急激に低下し、チッピン
グ発生の原因となることから、その空孔率を５〜３０％
と定めた。また、その平均層厚が０．５μｍ未満では上
記の多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層による作用効果を満足に確保
することができず、一方その層厚が１５μｍを越える
と、被覆層自体の強度および靭性が急激に低下するよう
になり、この結果被覆層にチッピングが発生し易くなる
ことから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。 【００１０】（ｃ）表面補強層 表面補強層のＴｉＣＮ層は、ＴｉＮのもつ高靭性とＴｉ
Ｃのもつ高硬度を兼ね備えていることから、上記多孔質
Ａｌ2Ｏ3蒸着層の空孔形成による強度低下を十分に補強
する作用を発揮するが、その平均層厚が０．５μｍ未満
では、前記目的のためには不十分であり、一方前記目的
のためには５μｍの平均層厚で十分であることから、そ
の平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。 【００１１】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ
粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉
末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、および
Ｃｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される
配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、
乾燥した後、１．５×１０8Ｐａの圧力で圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体を真空中、温度：１４００℃に１
時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．
０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１
２０４１２のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工
具基体Ａ１〜Ａ８を形成した。 【００１２】また、原料粉末として、いずれも０．５〜
２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／
ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2 Ｃ粉末、ＺｒＣ粉
末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、お
よびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合
し、乾燥した後、９．８×１０7Ｐａの圧力で圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を１．３×１０3Ｐａの窒素
雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結
し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工
を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形
状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ１〜Ｂ
６を形成した。 【００１３】ついで、これら工具基体Ａ１〜Ａ８および
Ｂ１〜Ｂ６の表面に、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥
した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、表３，４（表
３中のｌ−ＴｉＣＮは例えば特開平６−８０１０号公報
に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成
条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織
を有する被覆層の形成条件を示すものである。また表４
の「多孔Ａｌ2Ｏ3」は多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層を略記した
ものである）に示される条件で、表５，６に示される組
み合わせにて被覆層を形成することにより本発明被覆超
硬工具１〜１４および従来被覆超硬工具１〜１４をそれ
ぞれ製造した。 【００１４】なお、上記の本発明被覆超硬工具１〜１４
のそれぞれの被覆層の縦断面を走査型電子顕微鏡を用い
て組織観察し、この観察結果に基づいて上記多孔質Ａｌ
2Ｏ3蒸着層の空孔率を測定したところ、表４に示される
目標空孔率と実質的に同じ値を示し、またこれら本発明
被覆超硬工具１〜１４および従来被覆超硬工具１〜１４
の被覆層の層厚を測定したところ、表５，６の目標層厚
と実質的に同じ平均層厚を示した。 【００１５】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１４
および従来被覆超硬工具１〜１４について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３．０ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高切り込み断続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：１．０ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式高送り断続切削試験、並びに、 被削材：ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３．０ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での鋳鉄の乾式高切り込み断続切削試験を行い、
いずれの切削試験でも切刃の最大逃げ面摩耗幅を測定し
た。この測定結果を表７に示した。 【００１６】 【表１】 【００１７】 【表２】 【００１８】 【表３】【００１９】 【表４】 【００２０】 【表５】【００２１】 【表６】 【００２２】 【表７】【００２３】 【発明の効果】表７に示される結果から、本発明被覆超
硬工具１〜１４は、いずれもきわめて高い熱的および機
械的衝撃を伴なう鋼および鋳鉄の重切削条件での断続切
削加工でも、被覆層を構成する多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層に
よって前記被覆層がすぐれた耐機械的熱的衝撃性を具備
するようになることから、チッピングの発生はなくな
り、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、被覆層が
Ｔｉ化合物層の下部強靭層とＡｌ2Ｏ3層の上部硬質層か
らなる従来被覆超硬工具１〜１４においては、前記重切
削条件での断続切削では被覆層にチッピングが発生し、
比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。上
述のように、この発明の被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳
鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削加工は勿論
のこと、特に高い機械的および熱的衝撃を伴なう、重切
削条件での断続切削加工に用いた場合にも、長期に亘っ
てすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削加
工の汎用性に十分満足に対応でき、切削加工のさらに一
段の省力化および省エネ化、さらに低コスト化を可能と
するものである。
鋳鉄などの断続切削を、高い機械的および熱的衝撃の加
わる高切込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合
にも、被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面
被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄
などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部
に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチッ
プ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリ
ルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や
溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエン
ドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着
脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと
同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具な
どが知られている。 【０００３】また、従来、切削工具として、炭化タング
ステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構
成された工具基体（以下、単に工具基体という）の表面
に、（ａ）Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒
化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以
下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで
示す）層、窒酸化物（以下、ＴｉＮＯで示す）層、およ
び炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層からなるＴ
ｉ化合物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ
３〜２０μｍの平均層厚を有する下部強靭層、（ｂ）酸
化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層からなり、
かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上部硬質層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された被覆層を化学蒸着
および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られ
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】近年の切削加工装置の
高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化
および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これ
に伴い、切削工具には切削条件にできるだけ影響を受け
ない汎用性が要求される傾向にあるが、上記の従来被覆
超硬工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件
での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はない
が、これを断続切削を高切込みおよび高送りなどの重切
削条件で行なう切削加工に用いた場合には、切削時に発
生する高い機械的および熱的衝撃によって、前記被覆層
の切刃部にチッピング（微小欠け）が発生し易く、この
結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。 【０００５】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具に着目
し、特に鋼や鋳鉄などの断続切削を重切削条件で行なっ
ても、被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆
超硬工具を開発すべく研究を行った結果、（ａ）通常の
化学蒸着装置を用い、上記工具基体表面に、反応ガス組
成を、容量％で、ＡｌＣｌ3：０．０１〜０．２％、Ｈ
Ｃｌ：０．０１〜０．２％、ＣＯ2：０．０１〜０．５
％、ＳｉＣｌ4：１０×１０-4〜２×１０-3％、Ｈ２：
残り、とし、かつ、反応雰囲気温度：９００〜１２００
℃、反応雰囲気圧力：４〜２７ＫＰａ、とした条件でＡ
ｌ2Ｏ3層を形成すると、この結果多数の空孔が存在する
多孔質組織をもったＡｌ2Ｏ3層が形成されるようにな
り、この多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層の空孔率は主に反応ガス
成分であるＳｉＣｌ4の含有割合を調整することにより
調整でき、その含有割合が多くなるほど空孔率の高いも
のとなること。 【０００６】（ｂ）上記の従来被覆超硬工具において
は、これの被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層が高い高温硬さ
とすぐれた耐熱性を有するが、十分な耐衝撃性を具備す
るものでないために、特に高い機械的および熱的衝撃の
加わる重切削条件での断続切削では、被覆層にチッピン
グが発生し易いのに対して、前記従来被覆超硬工具の被
覆層のうちの前記Ａｌ2Ｏ3層に代って、上記（ａ）で得
られた多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層を、その空孔率を走査型電
子顕微鏡により観察された縦断面組織にもとづく測定
で、５〜３０％の範囲内の所定の空孔率に調整した上で
形成し、さらに前記多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層は、空孔が存
在するだけ強度の劣るものとなるため、これの上に表面
層として強度と靭性を有するＴｉＣＮ層を形成すると、
この結果の被覆超硬工具においては、前記ＴｉＣＮ層に
よって表面補強された多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層が切削時に
発生する機械的および熱的衝撃を十分に吸収緩和し、か
つ前記多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層をＴｉＣＮ層が十分に補強
することから、被覆層がすぐれた耐チッピング性を具備
するようになり、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮
すること。以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果
を得たのである。 【０００７】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、工具基体の表面に、（ａ）ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、
およびＴｉＣＮＯ層からなるＴｉ化合物層のうちの１層
または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの平均層厚
を有する下部強靭層、（ｂ）走査型電子顕微鏡により観
察された縦断面組織にもとづく測定で、５〜３０％の空
孔率を有する多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層からなり、かつ０．
５〜１５μｍの平均層厚を有する上部硬質層、（ｃ）Ｔ
ｉＣＮ層からなり、かつ０．５〜５μｍの平均層厚を有
する表面補強層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成された被覆
層を化学蒸着および／または物理蒸着してなる、被覆層
がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具に特
徴を有するものである。 【０００８】つぎに、この発明の被覆超硬工具におい
て、これを構成する被覆層について説明する。 （ａ）下部強靭層 下部強靭層のＴｉ化合物層には、被覆層の強度および靭
性を向上させ、かつ層間相互の密着性を向上させる作用
があるが、その平均層厚が３μｍ未満では前記作用に所
望の向上効果が得られず、一方その層厚が２０μｍを越
えると、被覆層が熱塑性変形し易くなり、この結果切刃
部に使用寿命短命化の原因となる偏摩耗が発生するよう
になることから、その平均層厚を３〜２０μｍと定め
た。 【０００９】（ｂ）上部硬質層 上部硬質層の多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層には、これの主体を
なすＡｌ2Ｏ3相が上記の通り高い高温硬さとすぐれた耐
熱性を具備することから、被覆層がすぐれた耐摩耗性を
発揮するようになると共に、前記Ａｌ2Ｏ3相中に分散分
布する多数の空孔が熱的および機械的衝撃を吸収緩和し
て、被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するように
なる作用がある。したがってその空孔率が５％未満では
十分な衝撃吸収緩和作用が得られず、一方そのその空孔
率が３０％を超えると、強度が急激に低下し、チッピン
グ発生の原因となることから、その空孔率を５〜３０％
と定めた。また、その平均層厚が０．５μｍ未満では上
記の多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層による作用効果を満足に確保
することができず、一方その層厚が１５μｍを越える
と、被覆層自体の強度および靭性が急激に低下するよう
になり、この結果被覆層にチッピングが発生し易くなる
ことから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。 【００１０】（ｃ）表面補強層 表面補強層のＴｉＣＮ層は、ＴｉＮのもつ高靭性とＴｉ
Ｃのもつ高硬度を兼ね備えていることから、上記多孔質
Ａｌ2Ｏ3蒸着層の空孔形成による強度低下を十分に補強
する作用を発揮するが、その平均層厚が０．５μｍ未満
では、前記目的のためには不十分であり、一方前記目的
のためには５μｍの平均層厚で十分であることから、そ
の平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。 【００１１】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ
粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉
末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、および
Ｃｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される
配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、
乾燥した後、１．５×１０8Ｐａの圧力で圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体を真空中、温度：１４００℃に１
時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．
０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１
２０４１２のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工
具基体Ａ１〜Ａ８を形成した。 【００１２】また、原料粉末として、いずれも０．５〜
２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／
ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2 Ｃ粉末、ＺｒＣ粉
末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、お
よびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合
し、乾燥した後、９．８×１０7Ｐａの圧力で圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を１．３×１０3Ｐａの窒素
雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結
し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工
を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形
状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ１〜Ｂ
６を形成した。 【００１３】ついで、これら工具基体Ａ１〜Ａ８および
Ｂ１〜Ｂ６の表面に、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥
した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、表３，４（表
３中のｌ−ＴｉＣＮは例えば特開平６−８０１０号公報
に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成
条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織
を有する被覆層の形成条件を示すものである。また表４
の「多孔Ａｌ2Ｏ3」は多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層を略記した
ものである）に示される条件で、表５，６に示される組
み合わせにて被覆層を形成することにより本発明被覆超
硬工具１〜１４および従来被覆超硬工具１〜１４をそれ
ぞれ製造した。 【００１４】なお、上記の本発明被覆超硬工具１〜１４
のそれぞれの被覆層の縦断面を走査型電子顕微鏡を用い
て組織観察し、この観察結果に基づいて上記多孔質Ａｌ
2Ｏ3蒸着層の空孔率を測定したところ、表４に示される
目標空孔率と実質的に同じ値を示し、またこれら本発明
被覆超硬工具１〜１４および従来被覆超硬工具１〜１４
の被覆層の層厚を測定したところ、表５，６の目標層厚
と実質的に同じ平均層厚を示した。 【００１５】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１４
および従来被覆超硬工具１〜１４について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３．０ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高切り込み断続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：１．０ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式高送り断続切削試験、並びに、 被削材：ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３．０ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での鋳鉄の乾式高切り込み断続切削試験を行い、
いずれの切削試験でも切刃の最大逃げ面摩耗幅を測定し
た。この測定結果を表７に示した。 【００１６】 【表１】 【００１７】 【表２】 【００１８】 【表３】【００１９】 【表４】 【００２０】 【表５】【００２１】 【表６】 【００２２】 【表７】【００２３】 【発明の効果】表７に示される結果から、本発明被覆超
硬工具１〜１４は、いずれもきわめて高い熱的および機
械的衝撃を伴なう鋼および鋳鉄の重切削条件での断続切
削加工でも、被覆層を構成する多孔質Ａｌ2Ｏ3蒸着層に
よって前記被覆層がすぐれた耐機械的熱的衝撃性を具備
するようになることから、チッピングの発生はなくな
り、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、被覆層が
Ｔｉ化合物層の下部強靭層とＡｌ2Ｏ3層の上部硬質層か
らなる従来被覆超硬工具１〜１４においては、前記重切
削条件での断続切削では被覆層にチッピングが発生し、
比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。上
述のように、この発明の被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳
鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削加工は勿論
のこと、特に高い機械的および熱的衝撃を伴なう、重切
削条件での断続切削加工に用いた場合にも、長期に亘っ
てすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削加
工の汎用性に十分満足に対応でき、切削加工のさらに一
段の省力化および省エネ化、さらに低コスト化を可能と
するものである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04 CC09 CC11
3C046 FF03 FF05 FF10 FF17 FF19
FF25
4K029 AA04 BA41 BA43 BA44 BA54
BA55 BA60 BB02 BC00 BD05
EA01
4K030 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41
BA43 BB12 JA01 LA01 LA22
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金または炭窒
化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化
物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層からなるＴｉ化
合物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜
２０μｍの平均層厚を有する下部強靭層、（ｂ）走査型
電子顕微鏡により観察された縦断面組織にもとづく測定
で、５〜３０％の空孔率を有する多孔質酸化アルミニウ
ム蒸着層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を
有する上部硬質層、（ｃ）炭窒化チタン層からなり、か
つ０．５〜５μｍの平均層厚を有する表面補強層、以上
（ａ）〜（ｃ）で構成された被覆層を化学蒸着および／
または物理蒸着してなることを特徴とする被覆層がすぐ
れた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削
工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001237401A JP2003048105A (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001237401A JP2003048105A (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003048105A true JP2003048105A (ja) | 2003-02-18 |
Family
ID=19068489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001237401A Withdrawn JP2003048105A (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003048105A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012143827A (ja) * | 2011-01-11 | 2012-08-02 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を備える表面被覆切削工具 |
| JP2012179706A (ja) * | 2011-02-09 | 2012-09-20 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
-
2001
- 2001-08-06 JP JP2001237401A patent/JP2003048105A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012143827A (ja) * | 2011-01-11 | 2012-08-02 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を備える表面被覆切削工具 |
| JP2012179706A (ja) * | 2011-02-09 | 2012-09-20 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
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