JP2006326729A - 硬質被覆層がすぐれた高温強度を有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を構成するWC基超硬合金またはTiCN基サーメットからなる基体の表面に蒸着形成される硬質被覆層を、組成式:(Al1-X TiX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.55を示す)を満足し、かつ、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{100}面の法線がなす傾斜角を測定し、特定な傾斜角度数分布グラフを示し、かつ2〜15μmの平均層厚を有する改質(Al,Ti)N層、で構成する。
【選択図】図2
Description
(a)上記の従来被覆超硬工具は、例えば図4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着し、
装置内加熱温度:300〜500℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧:−60〜−100V、
カソード電極:Al−Ti合金、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流:60〜100A、
装置内窒素ガス圧力:1〜6Pa、
の条件(以下、通常条件という)で、硬質被覆層として上記の組成式:(Al1-X TiX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.55を示す)を満足する(Al,Ti)N層[以下、従来(Al,Ti)N層という]を形成することにより製造されるが、前記(Al,Ti)N層の形成を、
装置内加熱温度:300〜500℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧:−20〜−45V、
カソード電極:Al−Ti合金、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流:60〜100A、
装置内窒素ガス圧力:8〜14Pa、
の条件、すなわち上記の通常条件に比して、相対的に超硬基体に印加する直流バイアス電圧を低く、かつ装置内窒素ガス圧力を高くした条件で行うと、この結果形成された(Al,Ti)N層[以下、改質(Al,Ti)N層という]は、前記従来(Al,Ti)N層に比して、高温強度が一段と向上したものとなること。
以上(a)〜(c)に示される研究結果を得たのである。
組成式:(Al1-X TiX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.55を示す)を満足し、
かつ、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{100}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、0〜5度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記0〜5度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の40%以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ2〜15μmの平均層厚を有する改質(Al,Ti)N層、
を硬質被覆層として蒸着形成してなる、すぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
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:180m/min.、
切り込み:3mm、
送り:0.27mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件(切削条件Aという)での合金鋼の乾式断続切削加工試験、
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:230m/min.、
切り込み:2mm、
送り:0.25mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件(切削条件Bという)での炭素鋼の乾式断続切削加工試験、さらに、
被削材:JIS・FC300の丸棒、
切削速度:250m/min.、
切り込み:3mm、
送り:0.25mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件(切削条件Cという)での鋳鉄の乾式連続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5に示した。
また、別途、上記超硬基体(エンドミル)C−1〜C−8とそれぞれ同じ組成をもち、かついずれも平面:12mm×12mm、厚さ:6mmの寸法をもった電界放出型走査電子顕微鏡による傾斜角度数分布グラフ作成用試験片を用意した。
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SKD61の板材、
切削速度:43m/min.、
溝深さ(切り込み):2mm、
テーブル送り:180mm/分、
の条件での工具鋼の乾式溝切削加工試験、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:50mmのJIS・S55Cの板材、
切削速度:120m/min.、
溝深さ(切り込み):4mm、
テーブル送り:920mm/分、
の条件での炭素鋼の乾式溝切削加工試験、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:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度:130m/min.、
溝深さ(切り込み):8mm、
テーブル送り:400mm/分、
の条件での合金鋼の乾式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7にそれぞれ示した。
また、同じく上記超硬基体(ドリル)D−1〜D−8とそれぞれ同じ組成を有し、かついずれも平面:12mm×12mm、厚さ:6mmの寸法をもった電界放出型走査電子顕微鏡による傾斜角度数分布グラフ作成用試験片も用意した。
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SKD61の板材、
切削速度:35m/min.、
送り:0.18mm/rev、
穴深さ:10mm
の条件での工具鋼の湿式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:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度:75m/min.、
送り:0.3mm/rev、
穴深さ:20mm
の条件での合金鋼の湿式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:50mmのJIS・S55Cの板材、
切削速度:100m/min.、
送り:0.3mm/rev、
穴深さ:40mm
の条件での炭素鋼の湿式穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式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に示した。
また、これらの本発明被覆超硬工具および従来被覆超硬工具の改質(Al,Ti)N層および従来(Al,Ti)N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平均層厚(5点測定の平均値)を示した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の両(Al,Ti)N層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に70度の入射角度で15kVの加速電圧の電子線を1nAの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、30×50μmの領域を0.1μm/stepの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{100}面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより作成した。
また表3、表4、表7、および表8には、上記の本発明被覆超硬工具および従来被覆超硬工具の改質(Al,Ti)N層および従来(Al,Ti)N層の傾斜角度数分布グラフにおいて、0〜5度の範囲内の傾斜角区分に存在する傾斜角度数のグラフ全体の傾斜角度数に占める割合を示した。
なお、図2は、本発明被覆超硬チップ1の改質(Al,Ti)N層の傾斜角度数分布グラフ、図3は、従来被覆超硬チップ1の従来(Al,Ti)N層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。
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基体の表面に、
組成式:(Al1-X TiX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.55を示す)を満足し、
かつ、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{100}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、0〜5度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記0〜5度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の40%以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、かつ2〜15μmの平均層厚を有するAlとTiの複合窒化物層、
で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層がすぐれた高温強度を有する表面被覆超硬合金製切削工具。
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