JP2005342856A - 断続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
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Abstract
【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系サーメットからなる超硬基体の表面に、(a)1〜10μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1-(X+Z) AlX SiZ )N(ただし、原子比で、Xは0.45〜0.70、Zは0.01〜0.15を示す)を満足するTiとAlとSiの複合窒化物層からなる下部層、(b)0.5〜5μmの平均層厚を有する酸化ジルコニウム層からなる上部層、以上(a)および(b)で構成された硬質被覆層を形成してなる。
【選択図】 なし
Description
組成式:(Ti1-(X+Z) AlX SiZ )N(ただし、原子比で、Xは0.45〜0.70、Zは0.01〜0.15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1〜10μmの平均層厚で蒸着形成してなる被覆超硬工具が知られており、前記(Ti,Al,Si)N層が、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Tiによって高温強度を具備し、さらに同Siによる一段の耐熱性向上効果と相俟って、これを各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている。
(a)上記従来被覆超硬工具の硬質被覆層である(Ti,Al,Si)N層を下部層とし、これの上に上部層として酸化ジルコニウム(以下、ZrO2で示す)層を形成すると、前記ZrO2層は、切削時の発生熱で著しく靭性化して、断続重切削時に発生する高い機械的熱的衝撃を十分に吸収し、下部層である前記(Ti,Al,Si)N層に前記衝撃が及ばないように作用することから、前記(Ti,Al,Si)N層におけるチッピング発生がなくなり、前記(Ti,Al,Si)N層のもつすぐれた特性が長期に亘って十分に発揮されるようになること。
以上(a)および(b)に示される研究結果を得たのである。
(a)1〜10μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1-(X+Z) AlX SiZ )N(ただし、原子比で、Xは0.45〜0.70、Zは0.01〜0.15を示す)を満足する(Ti,Al,Si)N層からなる下部層、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有するZrO2層からなる上部層、
以上(a)および(b)で構成された硬質被覆層を形成してなる、断続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。
(a)下部層の組成式および平均層厚
硬質被覆層の下部層を構成する(Ti,Al,Si)N層におけるAl成分には高温硬さと耐熱性を向上させ、一方同Ti成分には高温強度を向上させ、さらに同Si成分にはAlとの共存において一段と耐熱性を向上させる作用があるが、Alの割合を示すX値がTiとSiとの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.45未満になると、相対的にTiの割合が多くなり過ぎて、すぐれた高温硬さと耐熱性を確保することができず、摩耗進行が急激に促進するようになり、一方Alの割合を示すX値が同0.70を越えると、相対的にTiの割合が少なくなり過ぎて、高温強度が急激に低下し、チッピングが発生し易くなることから、X値を0.45〜0.70と定めた。
また、Siの割合を示すZ値がTiとAlの合量に占める割合で、0.01未満では、所望の耐熱性向上効果が得られず、一方同Z値が0.15を超えると、高温強度が低下するようになることから、Z値を0.01〜0.15と定めた。
さらに、その平均層厚が1μm未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が10μm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1〜10μmと定めた。
上部層を構成するZrO2層は、上記の通り切削時の発生熱で著しく靭性化して、断続重切削時に発生する高い機械的熱的衝撃を十分に吸収し、下部層である前記(Ti,Al,Si)N層に前記衝撃が及ばないようにする作用を有するが、その平均層厚が0.5μm未満では、前記作用を十分に発揮することができず、一方その平均層厚が5μmを越えて厚くなり過ぎると、偏摩耗の原因となる熱塑性変形を起こし易くなり、摩耗が促進されるようになることから、その平均層厚を0.5〜5μmと定めた。
(b)まず、装置内を排気して0.1Pa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、かつカソード電極の前記金属Cr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Crボンバード洗浄し、
(c)上記のボンバード洗浄用金属Crのカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して3Pa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、かつカソード電極の前記Ti−Al−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、表3に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al,Si)N層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
(d)ついで、上記の下部層形成用Ti−Al−Si合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、超硬基体への直流バイアス電圧(−100V)は同じくしたままで、前記SP装置のカソード電極(蒸発源)として配置した金属Zrに、スパッタ出力:3kWの条件でスパッタリングを開始し、同時に前記蒸着装置内の雰囲気を、窒素雰囲気に代って、3Paの酸素雰囲気とし、もって同じく表3に示される目標層厚のZrO2層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬製スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。
被削材:JIS・SNCM439の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:170m/min.、
切り込み:4mm、
送り:0.15mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件(切削条件A)での合金鋼の乾式断続高切り込み切削加工試験(通常の切り込みは2mm)、
被削材:JIS・FC250の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:210m/min.、
切り込み:1.8mm、
送り:0.6mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件(切削条件B)での鋳鉄の乾式断続高送り切削加工試験(通常の送りは0.3mm/rev.)、
被削材:JIS・S50Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:200m/min.、
切り込み:3.5mm、
送り:0.5mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件(切削条件C)での炭素鋼の乾式断続高切り込み・高送り切削加工試験(通常の切り込みおよび送りは2mmおよび0.3mm/rev.)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5に示した。
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法をもったJIS・FC300の板材、
切削速度:80m/min.、
溝深さ(切り込み):4mm、
テーブル送り:450mm/分、
の条件での鋳鉄の乾式高切り込み溝切削加工試験(通常の溝深さは2mm)、本発明被覆エンドミル4〜6および従来被覆エンドミル4〜6については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法をもったJIS・S45Cの板材、
切削速度:80m/min.、
溝深さ(切り込み):3.5mm、
テーブル送り:700mm/分、
の条件での炭素鋼の乾式高送り溝切削加工試験(通常のテーブル送りは450 mm/分)、本発明被覆エンドミル7,8および従来被覆エンドミル7,8については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法をもったJIS・SCM440の板材、
切削速度:60m/min.、
溝深さ(切り込み):12mm、
テーブル送り:400mm/分、
の条件での合金鋼の乾式高切り込み・高送り溝切削加工試験(通常の溝深さおよびテーブル送りは8mmおよび240mm/分)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7にそれぞれ示した。
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法をもったJIS・SNCM439の板材、
切削速度:40m/min.、
送り:0.4mm/rev.、
穴深さ:8mm、
の条件での合金鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験(通常の送りは0.2mm/rev.)、本発明被覆ドリル4〜6および従来被覆ドリル4〜6については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法をもったJIS・S45Cの板材、
切削速度:50m/min.、
送り:0.5mm/rev、
穴深さ:16mm、
の条件での炭素鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験(通常の送りは0.25mm/rev.)、本発明被覆ドリル7,8および従来被覆ドリル7,8については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法をもったJIS・FC300の板材、
切削速度:70m/min.、
送り:0.7mm/rev、
穴深さ:32mm、
の条件での鋳鉄の湿式高送り穴あけ切削加工試験(通常の送りは0.4mm/rev.)、をそれぞれ行い、いずれの湿式高送り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8にそれぞれ示した。
Claims (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超硬基体の表面に、
(a)1〜10μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1-(X+Z) AlX SiZ )N(ただし、原子比で、Xは0.45〜0.70、Zは0.01〜0.15を示す)を満足するTiとAlとSiの複合窒化物層からなる下部層、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有する酸化ジルコニウム層からなる上部層、
以上(a)および(b)で構成された硬質被覆層を形成してなる、断続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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JP2004166791A JP2005342856A (ja) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | 断続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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JPH08209336A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-13 | Hitachi Tool Eng Ltd | 被覆硬質合金 |
JP2793773B2 (ja) * | 1994-05-13 | 1998-09-03 | 神鋼コベルコツール株式会社 | 耐摩耗性に優れた硬質皮膜、硬質皮膜被覆工具及び硬質皮膜被覆部材 |
JP2002254204A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-09-10 | Mmc Kobelco Tool Kk | 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
-
2004
- 2004-06-04 JP JP2004166791A patent/JP2005342856A/ja active Pending
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