JP2003291005A - 高速重切削条件で硬質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
高速重切削条件で硬質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
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】 炭化タングステン基超硬合金基体または
炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、TiとAlと
Siの複合窒化物層からなる硬質被覆層を1〜15μm
の全体平均層厚で物理蒸着してなる硬質被覆層を、層厚
方向にそって、Al成分最高含有点とAl成分不含有点
とが所定間隔をおいて交互にかつ連続的に変化して繰り
返し存在し、さらに、上記Al成分最高含有点が、組成
式:(Ti1-(X+Y)AlX SiY)N(ただし、原子比
で、Xは0.40〜0.65、Y:0.05〜0.15
を示す)、前記Al成分不含有点が、組成式:(Ti
1-YSiY)N(ただし、原子比で、Y:0.05〜0.
15を示す)、を満足し、かつ隣り合う上記Al成分最
高含有点とAl成分不含有点の間隔が、0.01〜0.
1μmである硬質被覆層で構成する。
Description
強度と高靭性を有し、かつ高温硬さと耐熱性にもすぐ
れ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工
を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重
切削条件で行なった場合にも、硬質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、被覆超硬工具には、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、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、さらに切刃が断続切削加工形態をとる面
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、被覆超硬工具として、炭化タングス
テン(以下、WCで示す)基超硬合金または炭窒化チタ
ン(以下、TiCNで示す)基サーメットからなる基体
(以下、これらを総称して超硬基体と云う)の表面に、
組成式:(Ti1-(X+Y)AlX SiY)N(ただし、原子
比で、Xは0.40〜0.65、Y:0.05〜0.1
5を示す)を満足するTiとAlとSiの複合窒化物
[以下、(Ti,Al,Si)Nで示す]層からなる硬
質被覆層を1〜15μmの平均層厚で物理蒸着してなる
被覆超硬工具が提案され、かかる被覆超硬工具が、硬質
被覆層を構成する前記(Ti,Al,Si)N層がすぐ
れた高温特性(高温硬さおよび耐熱性)を有することか
ら、高熱発生を伴う各種の鋼や鋳鉄などの高速連続切削
や高速断続切削加工に用いられることも知られている。 【0004】さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図
2に概略説明図で示される物理蒸着装置の1種であるア
ークイオンプレーティング装置に上記の超硬基体を装入
し、ヒータで装置内を、例えば500℃の温度に加熱し
た状態で、アノード電極と所定組成を有するTi−Al
−Si合金がセットされたカソード電極(蒸発源)との
間に、例えば電流:90Aの条件でアーク放電を発生さ
せ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入し
て、例えば2Paの反応雰囲気とし、一方上記超硬基体
には、例えば−100Vのバイアス電圧を印加した条件
で、前記超硬合金基体の表面に、上記(Ti,Al,S
i)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造
されることも知られている。 【0005】 【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、切削加工は高切り込みや高送りなどの重切削条
件で行なわれる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具
においては、これを通常の高速切削加工条件で用いた場
合には問題はないが、高速切削加工を高い機械的衝撃を
伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場
合には、特に硬質被覆層の強度および靭性不足が原因で
チッピング(微小割れ)が発生し易くなり、比較的短時
間で使用寿命に至るのが現状である。 【0006】 【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、特に高速重切削加工で硬質被覆
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、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被
覆層に着目し、研究を行った結果、(a)上記の図2に
示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成
された従来被覆超硬工具を構成する(Ti,Al,S
i)N層は、層厚全体に亘って実質的に均一な組成を有
し、したがって均質な高温硬さと耐熱性を有するが、例
えば図1(a)に概略平面図で、同(b)に概略正面図
で示される構造のアークイオンプレーティング装置、す
なわち装置中央部に超硬基体装着用回転テーブルを設
け、前記回転テーブルを挟んで、一方側にAl成分最高
含有点形成用Ti−Al−Si合金、他方側にAl成分
不含有点形成用Ti−Si合金をいずれもカソード電極
(蒸発源)として対向配置したアークイオンプレーティ
ング装置を用い、この装置の前記回転テーブルの外周部
に沿って複数の超硬基体をリング状に装着し、この状態
で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを
回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均
一化を図る目的で超硬基体自体も自転させながら、前記
の両側のカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間
にアーク放電を発生させて、前記超硬基体の表面に(T
i,Al,Si)N層を形成すると、この結果の(T
i,Al,Si)N層においては、回転テーブル上にリ
ング状に配置された前記超硬基体が上記の一方側のTi
−Al−Si合金のカソード電極(蒸発源)に最も接近
した時点で層中にAl成分最高含有点が形成され、また
前記超硬基体が上記の他方側のTi−Si合金のカソー
ド電極に最も接近した時点で層中にAl成分不含有点が
形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には層
厚方向にそって前記Al成分最高含有点とAl成分不含
有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、
前記Al成分最高含有点から前記Al成分不含有点、前
記Al不含有点から前記Al成分最高含有点へAl成分
含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつよう
になること。 【0007】(b)上記(a)の繰り返し連続変化成分
濃度分布構造の(Ti,Al,Si)N層において、対
向配置の一方側のカソード電極(蒸発源)であるTi−
Al−Si合金におけるAlおよびSi含有量を上記の
従来(Ti,Al,Si)N層形成用Ti−Al−Si
合金のAlおよびSi含有量に相当するものとし、同他
方側のカソード電極(蒸発源)であるTi−Si合金に
おけるSi含有量を前記Ti−Al−Si合金のSi含
有量と同じくすると共に、超硬基体が装着されている回
転テーブルの回転速度を制御して、上記Al成分最高含
有点が、組成式:(Ti1-(X+Y)AlX SiY)N(ただ
し、原子比で、Xは0.40〜0.65、Y:0.05
〜0.15を示す)、上記Al成分不含有点が、組成
式:(Ti1-YSiY)N(ただし、原子比で、Y:0.
05〜0.15を示す)、を満足し、かつ隣り合う上記
Al成分最高含有点とAl成分不含有点の厚さ方向の間
隔を0.01〜0.1μmとすると、上記Al成分最高
含有点部分では、上記の従来(Ti,Al,Si)N層
のもつ高温硬さと耐熱性に相当するすぐれた高温硬さと
耐熱性(高温特性)を示し、一方上記Al成分不含有点
部分では、実質的にAlを含有しない(Ti,Si)N
で構成されるようになるので、(Ti,Si)Nのもつ
高強度と高靭性が確保され、かつこれらAl成分最高含
有点とAl成分不含有点の間隔をきわめて小さくしたこ
とから、層全体の特性としてすぐれた高温特性を保持し
た状態で一段とすぐれた強度と靭性を具備するようにな
り、したがって、硬質被覆層がかかる構成の(Ti,A
l,Si)N層からなる被覆超硬工具は、特に各種の鋼
や鋳鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高
切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合に
も、硬質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。 【0008】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、超硬基体の表面に、(Ti,A
l,Si)N層からなる硬質被覆層を1〜15μmの全
体平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Al成分最高含
有点とAl成分不含有点とが所定間隔をおいて交互に繰
り返し存在し、かつ前記Al成分最高含有点から前記A
l成分不含有点、前記Al成分不含有点から前記Al成
分最高含有点へAl成分含有量が連続的に変化する成分
濃度分布構造を有し、さらに、上記Al成分最高含有点
が、組成式:(Ti1-(X+Y)AlX SiY)N(ただし、
原子比で、Xは0.40〜0.65、Y:0.05〜
0.15を示す)、上記Al成分不含有点が、組成式:
(Ti1-YSiY)N(ただし、原子比で、Y:0.05
〜0.15を示す)、を満足し、かつ隣り合う上記Al
成分最高含有点とAl成分不含有点の間隔が、0.01
〜0.1μmである、高速重切削条件で硬質被覆層がす
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。 【0009】つぎに、この発明の被覆超硬工具におい
て、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限
定した理由を説明する。 (a)Al成分最高含有点の組成 Al成分最高含有点の(Ti,Al,Si)Nにおける
Al成分は、高強度および高靭性を有するTiNの高温
硬さおよび耐熱性(高温特性)を向上させ、同Si成分
はさらに一段と耐熱性を向上させて、高熱発生を伴う高
速切削に適応させる目的で含有するものであり、したが
ってAlおよびSi成分の含有割合が高くなればなるほ
ど高温特性は向上したものになるが、Alの含有割合を
示すX値がTiとSiの合量に占める割合(原子比)で
0.65を越えても、またSiの含有割合を示すY値が
同0.15を越えても、高強度および高靭性を有する
(Ti,Si)N点が隣接して存在しても層自体の強度
および靭性の低下は避けられず、この結果チッピングな
どが発生し易くなり、一方同X値が同0.40未満で
も、また同Y値が0.05未満でも前記高温特性に所望
の向上効果が得られないことから、X値を0.40〜
0.65、Y値を0.05〜0.15と定めた。 【0010】(b)Al成分不含有点の組成 Al成分不含有点の(Ti,Si)NにおけるSi成分
は、上記の通り高強度および高靭性を有するTiNの耐
熱性を向上させ、高熱発生を伴う高速切削に適応させる
目的で含有するものであり、したがってY値が0.05
未満では所望の耐熱性向上効果が得られず、一方Y値が
0.15を越えるとAl成分不含有点での強度および靭
性に低下傾向が現れるようになり、所望の耐チッピング
性向上が困難になることから、Y値を0.05〜0.1
5と定めた。 【0011】(c)Al成分最高含有点とAl成分不含
有点間の間隔 その間隔が0.01μm未満ではそれぞれの点を上記の
組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に
所望の高温特性と強度および靭性を確保することができ
なくなり、またその間隔が0.1μmを越えるとそれぞ
れの点がもつ欠点、すなわちAl成分最高含有点であれ
ば強度および靭性不足、Al成分不含有点であれば高温
特性不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチッピン
グが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるように
なることから、その間隔を0.01〜0.1μmと定め
た。 【0012】(d)硬質被覆層の全体平均層厚 その層厚が1μm未満では、所望の耐摩耗性を確保する
ことができず、一方その平均層厚が15μmを越える
と、チッピングが発生し易くなることから、その平均層
厚を1〜15μmと定めた。 【0013】 【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。 (実施例1)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、VC粉末、Ta
C粉末、NbC粉末、Cr3 C2 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、100MPa の圧力で圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体を6Paの真空中、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:0.03
のホーニング加工を施してISO規格・CNMG120
408のチップ形状をもったWC基超硬合金製の超硬基
体A1〜A10を形成した。 【0014】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(重量比で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、100MPaの圧力で圧粉体にプレス
成形し、この圧粉体を2kPaの窒素雰囲気中、温度:
1500℃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・CNMG120408のチップ形状をもったTiC
N系サーメット製の超硬基体B1〜B6を形成した。 【0015】ついで、上記の超硬基体A1〜A10およ
びB1〜B6のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄
し、乾燥した状態で、図1に示されるアークイオンプレ
ーティング装置内の回転テーブル上に外周部にそって装
着し、一方側のカソード電極(蒸発源)として、種々の
成分組成をもったAl成分最高含有点形成用Ti−Al
−Si合金、他方側のカソード電極(蒸発源)としてA
l成分不含有点形成用Ti−Si合金を前記回転テーブ
ルを挟んで対向配置し、またボンバート洗浄用金属Ti
も装着し、まず、装置内を排気して0.5Pa以下の真
空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱
した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超
硬基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、カ
ソード電極の前記金属Tiとアノード電極との間に10
0Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって超硬
基体表面をTiボンバート洗浄し、ついで装置内に反応
ガスとして窒素ガスを導入して2Paの反応雰囲気とす
ると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する
超硬基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、そ
れぞれのカソード電極(前記Al成分最高含有点形成用
Ti−Al−Si合金およびAl成分不含有点形成用T
i−Si合金)とアノード電極との間に100Aの電流
を流してアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の
表面に、層厚方向に沿って表3,4に示される目標組成
のAl成分最高含有点とAl成分不含有点とが交互に同
じく表3,4に示される目標間隔で繰り返し存在し、か
つ前記Al成分最高含有点から前記Al成分不含有点、
前記Al成分不含有点から前記Al成分最高含有点へA
l成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有
し、かつ同じく表3,4に示される目標全体層厚の硬質
被覆層を蒸着することにより、図3(a)に概略斜視図
で、同(b)に概略縦断面図で示される形状を有する本
発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製ス
ローアウエイチップ(以下、本発明被覆超硬チップと云
う)1〜16をそれぞれ製造した。 【0016】また、比較の目的で、これら超硬基体A1
〜A10およびB1〜B6を、アセトン中で超音波洗浄
し、乾燥した状態で、それぞれ図2に示される通常のア
ークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極
(蒸発源)として種々の成分組成をもったTi−Al−
Si合金を装着し、またボンバート洗浄用金属Tiも装
着し、まず、装置内を排気して0.5Pa以下の真空に
保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した
後、前記超硬基体に−1000Vの直流バイアス電圧を
印加し、カソード電極の前記金属Tiとアノード電極と
の間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、
もって超硬基体表面をTiボンバート洗浄し、ついで装
置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して2Paの反応
雰囲気とすると共に、前記超硬基体に印加するバイアス
電圧を−100Vに下げて、前記カソード電極とアノー
ド電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬
基体A1〜A10およびB1〜B6のそれぞれの表面
に、表5,6に示される目標組成および目標層厚を有
し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない(T
i,Al,Si)N層からなる硬質被覆層を蒸着するこ
とにより、同じく図3に示される形状の従来被覆超硬工
具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチッ
プ(以下、従来被覆超硬チップと云う)1〜16をそれ
ぞれ製造した。 【0017】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ1〜1
6および従来被覆超硬チップ1〜16について、これを
工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状
態で、 被削材:JIS・SCM440の丸棒、 切削速度:300m/min.、 切り込み:4mm、 送り:0.15mm/rev.、 切削時間:5分、 の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試
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:300m/min.、 切り込み:2mm、 送り:0.6mm/rev.、 切削時間:5分、 の条件での炭素鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験、
さらに、 被削材:JIS・FC300の丸棒、 切削速度:300m/min.、 切り込み:4mm、 送り:0.2mm/rev.、 切削時間:5分、 の条件での鋳鉄の乾式連続高速高切り込み切削加工試験
を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅
を測定した。この測定結果を表7に示した。 【0018】 【表1】 【0019】 【表2】 【0020】 【表3】【0021】 【表4】 【0022】 【表5】【0023】 【表6】 【0024】 【表7】【0025】(実施例2)原料粉末として、平均粒径:
5.5μmを有する中粗粒WC粉末、同0.8μmの微
粒WC粉末、同1.3μmのTaC粉末、同1.2μm
のNbC粉末、同1.2μmのZrC粉末、同2.3μ
mのCr3C2粉末、同1.5μmのVC粉末、同1.0
μmの(Ti,W)C粉末、および同1.8μmのCo
粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表8に示され
る配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン
中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、10
0MPaの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形
し、これらの圧粉体を、6Paの真空雰囲気中、7℃/
分の昇温速度で1370〜1470℃の範囲内の所定の
温度に昇温し、この温度に1時間保持後、炉冷の条件で
焼結して、直径が8mm、13mm、および26mmの
3種の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記
の3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表8に示され
る組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ6mm×1
3mm、10mm×22mm、および20mm×45m
mの寸法をもった超硬基体(エンドミル)C−1〜C−
8をそれぞれ製造した。 【0026】ついで、これらの超硬基体(エンドミル)
C−1〜C−8を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥し
た状態で、同じく図1に示されるアークイオンプレーテ
ィング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、層
厚方向に沿って表9に示される目標組成のAl成分最高
含有点とAl成分不含有点とが交互に同じく表9に示さ
れる目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Al成分最高
含有点から前記Al成分不含有点、前記Al成分不含有
点から前記Al成分最高含有点へAl成分含有量が連続
的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表9
に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することに
より、図4(a)に概略正面図で、同(b)に切刃部の
概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工
具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル(以
下、本発明被覆超硬エンドミルと云う)1〜8をそれぞ
れ製造した。 【0027】また、比較の目的で、上記の超硬基体(エ
ンドミル)C−1〜C−8を、アセトン中で超音波洗浄
し、乾燥した状態で、同じく図2に示される通常のアー
クイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と
同一の条件で、表10に示される目標組成および目標層
厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のな
い(Ti,Al,Si)N層からなる硬質被覆層を蒸着
することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被
覆超硬合金製エンドミル(以下、従来被覆超硬エンドミ
ルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。 【0028】つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル1
〜8および従来被覆超硬エンドミル1〜8のうち、本発
明被覆超硬エンドミル1〜3および従来被覆超硬エンド
ミル1〜3については、 被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:5
0mmのJIS・SKD11の板材、 切削速度:180m/min.、 溝深さ(切り込み):4.5mm、 テーブル送り:850mm/分、 の条件での工具鋼の乾式高速高切り込み溝切削加工試
験、本発明被覆超硬エンドミル4〜6および従来被覆超
硬エンドミル4〜6については、 被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:5
0mmのJIS・S50Cの板材、 切削速度:250m/min.、 溝深さ(切り込み):7.5mm、 テーブル送り:900mm/分、 の条件での炭素鋼の乾式高速高切り込み溝切削加工試
験、本発明被覆超硬エンドミル7,8および従来被覆超
硬エンドミル7,8については、 被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:5
0mmのJIS・SNCM439の板材、 切削速度:250m/min.、 溝深さ(切り込み):8.0mm、 テーブル送り:1500mm/分、 の条件での合金鋼の乾式高速高送り溝切削加工試験をそ
れぞれ行い、いずれの溝切削加工試験でも切刃部の外周
刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mm
に至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表
9、10にそれぞれ示した。 【0029】 【表8】 【0030】 【表9】 【0031】 【表10】【0032】(実施例3)上記の実施例2で製造した直
径が8mm(超硬基体C−1〜C−3形成用)、13m
m(超硬基体C−4〜C−6形成用)、および26mm
(超硬基体C−7、C−8形成用)の3種の丸棒焼結体
を用い、この3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝
形成部の直径×長さがそれぞれ4mm×13mm(超硬
基体D−1〜D−3)、8mm×22mm(超硬基体D
−4〜D−6)、および16mm×45mm(超硬基体
D−7、D−8)の寸法をもった超硬基体(ドリル)D
−1〜D−8をそれぞれ製造した。 【0033】ついで、これらの超硬基体(ドリル)D−
1〜D−8の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で
超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示される
アークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例
1と同一の条件で、層厚方向に沿って表11に示される
目標組成のAl成分最高含有点とAl成分不含有点とが
交互に同じく表11に示される目標間隔で繰り返し存在
し、かつ前記Al成分最高含有点から前記Al成分不含
有点、前記Al成分不含有点から前記Al成分最高含有
点へAl成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構
造を有し、かつ同じく表11に示される目標全体層厚の
硬質被覆層を蒸着することにより、図5(a)に概略正
面図で、同(b)に溝形成部の概略横断面図で示される
形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被
覆超硬合金製ドリル(以下、本発明被覆超硬ドリルと云
う)1〜8をそれぞれ製造した。 【0034】また、比較の目的で、上記の超硬基体(ド
リル)D−1〜D−8の切刃に、ホーニングを施し、ア
セトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図2
に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装
入し、上記実施例1と同一の条件で、表12に示される
目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って
実質的に組成変化のない(Ti,Al,Si)N層から
なる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工
具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル(以下、従来
被覆超硬ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。 【0035】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル1〜8
および従来被覆超硬ドリル1〜8のうち、本発明被覆超
硬ドリル1〜3および従来被覆超硬ドリル1〜3につい
ては、 被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:5
0mmのJIS・SKD61の板材、 切削速度:80m/min.、 送り:0.2mm/rev、 穴深さ:8mm の条件での工具鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試
験、本発明被覆超硬ドリル4〜6および従来被覆超硬ド
リル4〜6については、 被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:5
0mmのJIS・FCD400の板材、 切削速度:120m/min.、 送り:0.35mm/rev、 穴深さ:16mm の条件でのダクタイル鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削
加工試験、本発明被覆超硬ドリル7,8および従来被覆
超硬ドリル7,8については、 被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:5
0mmのJIS・FC300の板材、 切削速度:180m/min.、 送り:0.4mm/rev、 穴深さ:32mm の条件での鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験
(水溶性切削油使用)でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が
0.3mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この
測定結果を表11、12にそれぞれ示した。 【0036】 【表11】 【0037】 【表12】 【0038】この結果得られた本発明被覆超硬工具とし
ての本発明被覆超硬チップ1〜16、本発明被覆超硬エ
ンドミル1〜8、および本発明被覆超硬ドリル1〜8を
構成する硬質被覆層におけるAl成分最高含有点とAl
成分不含有点の組成、並びに従来被覆超硬工具としての
従来被覆超硬チップ1〜16、従来被覆超硬エンドミル
1〜8、および従来被覆超硬ドリル1〜8の硬質被覆層
の組成をオージェ分光分析装置を用いて測定したとこ
ろ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。ま
た、これらの本発明被覆超硬工具の硬質被覆層における
Al成分最高含有点とAl成分不含有点間の間隔、およ
びこれの全体層厚、並びに従来被覆超硬工具の硬質被覆
層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したと
ころ、いずれも目標値と実質的に同じ値を示した。 【0039】 【発明の効果】表3〜12に示される結果から、硬質被
覆層が層厚方向に、すぐれた高温硬さと耐熱性を有する
Al成分最高含有点と高強度と高靭性を有するAl成分
不含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、
かつ前記Al成分最高含有点から前記Al成分不含有
点、前記Al成分不含有点から前記Al成分最高含有点
へAl成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造
を有する本発明被覆超硬工具は、いずれも各種の鋼や鋳
鉄などの高速切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り
込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬
質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するのに対し
て、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化の
ない(Ti,Al,Si)N層からなる従来被覆超硬工
具においては、前記硬質被覆層がすぐれた高温硬さと耐
熱性を有するものの、強度および靭性に劣るものである
ために、チッピングが発生し、これが原因で比較的短時
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、通常の条件での高速切
削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切
削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りな
どの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピ
ング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示す
ものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さ
らに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置
を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略正面図であ
る。 【図2】従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成
するのに用いた通常のアークイオンプレーティング装置
の概略説明図である。 【図3】(a)は被覆超硬チップの概略斜視図、(b)
は被覆超硬チップの概略縦断面図である。 【図4】(a)は被覆超硬エンドミル概略正面図、
(b)は同切刃部の概略横断面図である。 【図5】(a)は被覆超硬ドリルの概略正面図、(b)
は同溝形成部の概略横断面図である。
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基体または
炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、TiとAlと
Siの複合窒化物層からなる硬質被覆層を1〜15μm
の全体平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製
切削工具において、 上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Al成分最高含
有点とAl成分不含有点とが所定間隔をおいて交互に繰
り返し存在し、かつ前記Al成分最高含有点から前記A
l成分不含有点、前記Al成分不含有点から前記Al成
分最高含有点へAl成分含有量が連続的に変化する成分
濃度分布構造を有し、 さらに、上記Al成分最高含有点が、組成式:(Ti
1-(X+Y)AlX SiY)N(ただし、原子比で、Xは0.
40〜0.65、Y:0.05〜0.15を示す)、 上記Al成分不含有点が、組成式:(Ti1-YSiY)N
(ただし、原子比で、Y:0.05〜0.15を示
す)、を満足し、かつ隣り合う上記Al成分最高含有点
とAl成分不含有点の間隔が、0.01〜0.1μmで
あること、を特徴とする高速重切削条件で硬質被覆層が
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。
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