JP2011067948A - 切削工具インサート - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、超硬合金のボディと後処理被膜とからなる鋼の旋削加工用の切削工具インサートに関する。
【解決手段】本発明の切削工具インサートにおいて、0.7〜4.5μmの合計厚みを有する第1の最内層帯は少なくとも2層のTiC(X+Y+Z≦1)からなり、第2の多層帯は合計で5〜31の交互の層のAl及びTiC(X+Y+Z≦1)好ましくはκ−Al及びTiNとからなり、前記Al−層は個々の層厚みが<0.5μmであり、前記TiCは0.01〜0.2μmであり、前記多層は1.0〜4.0μmの合計厚みを有する。前記多層が切刃線に沿ってすくい面と逃げ面とに向かって露出され、すくい面の切刃線から少なくとも0.03であり、好ましくは切屑の接触長さが多くても0.9mmであり、且つ逃げ面上で0.02〜0.2mmである。
【選択図】図1

Description

本発明は、一般的に耐磨耗性と靭性挙動とが大きな要求される鋼適用の機械加工用の被覆した超硬合金の切削工具インサートに関する。この工具は、特にステンレス鋼の旋削加工に適している。
超硬合金の切削工具を鋼の機械加工に使用する場合は、工具は、粘着及び科学的摩耗、切削切刃のひび割れ及び破壊のような種々の機構によって摩耗する。ステンレス鋼の切削は、上記の摩耗機構に加えて、粘着摩耗が著しいので、特に困難な機械加工作業であると考えられている。ステンレス鋼の様に粘り付く材料は、切削作業の際に連続的な粘着及び引き裂きが生じた場合に、粘着摩耗が起こる。したがって、ステンレス鋼を機械加工するときは、たびたび工具寿命が短くなる。さらにその上、ステンレス鋼を高速度で機械加工するときは、切削切刃に伝播する熱エネルギはかなりのものとなり、工具切刃は部分的または全体的に塑性変形する。切削切刃のこの悪化モードは、塑性変形摩耗として既知である。耐塑性変形に対する大きな要求は、切刃の靭性に対する大きな要求とは明らかに対照的である。
基材上に、第1の厚みを有する第1の被覆層と、第2の厚みを有する第2の被覆層と、のそれぞれを交互に積層した異なる材料の第1と第2との被覆層からなる多層皮膜が既知である。この二つの層は、異なる結晶構造及び/または少なくとも異なる格子空間とを有する。このような技術の一例は、(Al+TiN)の多層構造の結果となる短いTiN蒸着工程によって、Alの成長が周期的に中断される場合であり、例えば、第12回ヨーロッパCVDコンファレンス、第8〜349ページを参照。イギリス特許第2048960A号は、種々の組成の硬質材料からなる0.02〜0.1μmの交互の層の多重の多層被膜を開示する。米国特許第4,599,281号は、アルミニウム−ボロン混合酸化物及び例えばTi(C、N、O)のその他の酸化物層の交互の層の多層被膜を開示する。DreyerとKolaska、Metals Society(Book 278)、英国ロンドン、(1982)、第112〜117頁は、Al−O−Nの多層を報告する。米国特許第4,984,940号において、Bryant等は、6.1〜6.5wt%のCoの超硬合金基材と、複数のアルミナ層から成る多層を重ねた被膜によって覆われたチタニウム端窒化物の基層を含む被膜と、からなる切削インサートを開示する。また、6〜8のアルミナ層を含む被膜を有する超硬合金の基材は、米国特許第5,700,569号に請求される。国際出願第99/58738号は、硬質の耐磨耗性基材と、約50の層のCVD多層とから成る工具を開示する。ヨーロッパ特許第A113635号は、9.0〜10.9wt%のコバルトを含む超硬合金の基材、及び中間温度CVD(MTCVD)蒸着したTiCN層とαアルミナとTiNまたはTi(C、N)の合計7〜41の層で構成される多層を含む被膜、から成る切削工具を請求する。また、ヨーロッパ特許第A1245698号、ヨーロッパ特許第A1245700号、及びヨーロッパ特許第1209255号は、多層の被膜に関する。
例えば、工具と加工物との間の摩擦を最小にするために、機械的な後処理による被膜の平滑化が、ヨーロッパ特許第A127416号、ヨーロッパ特許第A298729号、ヨーロッパ特許第A693574号、及びヨーロッパ特許第A683244号に開示される。
イギリス特許第2048960A号 米国特許第4,599,281号 米国特許第4,984,940号 米国特許第5,700,569号 国際出願第99/58738号 ヨーロッパ特許第A113635号 ヨーロッパ特許第A1245698号 ヨーロッパ特許第A1245700号 ヨーロッパ特許第1209255号 ヨーロッパ特許第A127416号 ヨーロッパ特許第A298729号 ヨーロッパ特許第A693574号 ヨーロッパ特許第A683244号
第12回ヨーロッパCVDコンファレンス、第8〜349ページ DreyerとKolaska、Metals Society(Book 278)、英国ロンドン、(1982)、第112〜117頁
上記摩耗様式を全て同時に耐えることができる切削工具インサートを提供することが、本発明の目的である。
先行技術の工具製品の欠陥を解消すること、及び高性能切削工具を提供することが、本発明の目的である。
交互のAlとTiCとの複数層を機械的に後処理した多層を含む被膜を有する超硬合金の切削インサートことがこれらの要求に適応することが、驚くべきことに判明した。このインサートは、断続切削の際に優れた靭性挙動を提示、且つ粘着摩耗及び塑性変形に対して良好な耐性を提示する。
本発明は、さらに具体的には、立方晶炭化物を付加したWC+Co基の超硬合金の基材、WC粒の特別な粒径範囲、WC+Coの特別な組成範囲及び柱状TiC層が続く等軸のTiCの薄い最内層を含むこの超硬合金の基材上の被膜の特別な組成範囲、この等軸のTiCの薄い層、TiC(X+Y+Z≦1)とAlとの層の周期的変化を有する多層、及びTiC(X+Y≦1)の最外層、とに関する。切削切刃周囲の加工物に直接接触する領域内の少なくともこの非酸化物の最外層は、除去される。
この超硬合金の基材の化学組成は、7〜10.5wt%のCo好ましくは8.0〜9.5wt%のCo、Ta、Nb及びTiの金属の立方晶炭化物或いは周期律表のIVb、VbまたはVIb族の元素の別の炭化物からなる0.2〜1.6wt%好ましくは0.4〜1.0wt%の立方晶炭化物、及び残部タングステン炭化物(WC)を含む。このWCの平均粒サイズは、1.5〜3.5μm好ましくは1.9〜2.1μmである。
別の実施態様における超硬合金の基材は、立方晶炭化物が枯渇し、表面からの距離直近の面で豊富な容量のバインダとを含む。この表面から測定した距離は、立方晶炭化物が枯渇する終点までの5〜50μmである。この実施態様におけるこの組成は、7.0〜10.5wt%のCo、4.0〜9.0wt%の立方晶炭化物、残部タングステン炭化物(WC)を含む。この立方晶炭化物は、所定の微細組織構造物が例えば炭窒化物またはオキシ炭窒化物として言及されるようなN及びOを実質的な量含むことができる。この立方晶炭化物は、好ましくはTa、Nb及びTiであるが、周期律表のIVb、VbまたはVIb族の元素の炭化物を含んでもよい。このN量は、0.01〜0.2wt%の範囲にすべきである。
本発明に従う超硬合金の基材上に堆積させた硬質で耐磨耗性の耐熱被膜(図1)は、次の層を含む。
X+Y+Z≦1であり好ましくはY>XでありZ<0.2であり、最も好ましくはY>0.8及びZ<0.2であり、<0.5μmの大きさの等軸粒を有し、且つ合計厚みが<1.5μmであるが>0.1μmであり好ましくは0.1〜0.6μmであるTiCの第1の層(A)。
X+Y+Z≦1であり好ましくはZ=0、X>0.3、Y>0.3最も好ましくはX>0.5であり、0.4〜3.9μm好ましくは1.5〜3.0μmの柱状粒の厚みを有するTiCの第2の層(B)。
X+Y+Z≦1であり好ましくはY>X且つZ<0.2最も好ましくはY>0.8且つZ=0であり、<0.5μmの大きさの等軸粒を有し、且つ<1.5μmであるが>0.1μm好ましくは0.2〜0.8μmの合計厚みを有するTiCの第3の層(C)。
第1の実施態様においてはこれらの層(A、B、C)を含む。この層(C)は、第2の実施態様においては削除する。
層A+B+Cの合計厚みは、0.7〜4.5μm好ましくは1.2〜4.0μmである。好ましくは層A及び層Cは、それぞれが層Bより薄い。
多層(D)は、Al及びTiC(X+Y+Z≦1)の層と、好ましくはκ−Al及びTiNの層と、の交互の複数からなる。多層列の最内層と最外層は、連続するAl層である。この層の合計数は、TiCとAlとの双方の層を含み、5〜11層の間であり、好ましくは11〜15層である。Al層は、個々の層厚が<0.5μm好ましくは0.2〜0.5μmである。TiC層は、個々の層厚みが0.01〜0.2μm好ましくは0.02〜0.15μmである。この多層の合計厚みは、1.0〜4.0μm好ましくは1.5〜3.5μmである。このAl層の粒径は、Al層の厚みに等しいかそれ以下である。
最外層帯(E)は、TiCの1層、または連続するTiC(X+Y+Z≦1)の数層或いはそれらの組合せの数層からなり、好ましくはTiN、TiC及びTiNの連続の3層である。この合計厚みは<2.0μmであるが>0.1μmであり、好ましくは0.2〜1.0μmである。
これらの層A〜Eの合計厚みは、2.0〜8.0μm好ましくは4.0〜7.0μmである。
この被膜の最外層は、切刃の周辺領域はすくい面の切屑接触と、逃げ面上の加工物との切屑接触とに相当するので、切刃の周囲でなくなる。最も好ましくは、この被覆しない領域は逃げ面上の1次ランドに相当するが、この場合は、図2−Bで定義した点からの距離でこの被膜が欠落するような形状で1次ランドが間近に存在し、この図はすくい面「a」と逃げ面「b」とのインサート表面に対して透視的に見た垂直面を示し、即ち、すくい面上の露出は「a」であり、逃げ面上の露出は「b」である。これらの距離は、インサート形状及びインサートの大きさ等に依存するが、すく面上で好ましくは0.03<a<0.9mmに相当し、且つ1次ランドの存在または不在に依存し0.02<B<0.2mmに相当し、a>bであり、好ましくはa>1.5bである。一つの実施態様においては、層Eは欠落させる。別の実施態様においては、層D及びEの双方がこの領域のこの部分から除去される。
切刃線での最外層(E)の除去は、切刃線に沿ってAl層を露出させる。この切刃線は切削工具インサートの切刃の研摩部分として規定される。処理しない切刃線が図2−Aに図示され、且つ処理後の切刃線が図2−B及び図2−Cに図示される。非酸化物の頂部層及び多層部分だけが除去されることが好ましい。しかしながら、TiC層(A+B+C)は、切れ刃線の重要でない部分に目視することができてもよい(図2−C)。
結論として、上記実施例の結果から、超硬合金の基材に所定の組成物を組合せることによって、超硬合金の基材に所定の組成物と、具体的な厚みを有する多層積層した被膜の選択と、特別な切刃処理と、を組合せることによって、工具インサートは優れた切削性能を作り出すことを実証したことを主張することができる。この優れた切削性能は、導入部に記載するように正反対の特性になることと信じられてきたことが組合すことである。
図1は、本発明にしたがう被膜の横断面の走査電子顕微鏡写真(SEM)であり、AはTiNであり、Bは柱状Ti(C、N)であり、CはTiNであり、Dは多層(Al+TiCAlであり、且つEはTiN+TiC+TiNである。 図2−Aは、後処理なしの切刃の横断面の模式図である。 図2−Bは、本発明にしたがう後処理をした切刃の横断面の模式図であり、最外層被膜Eを除去したところである。 図2−Cは、本発明にしたがう後処理をした切刃の横断面の模式図であり、最外層被膜E及び多層(Al+TiCAlを除去したところである。 図3は、先行技術の後処理を行った切刃の横断面の模式図である。 図4は、本発明にしたがう切刃を後処理をしたSEM写真である。 図5は、厚い個々のアルミナ層(インサートD)を有する実例の後処理した切刃のSEM写真である。
本発明は上記被覆切削工具インサートの製造方法に関し、この切削工具インサートは、1.6wt%以下の量の立方晶の炭化物を含むWC−Co基の超硬合金ボディからなり、7〜10.5wt%のCo好ましくは8.0〜9.5wt%のCo範囲のWC−Co及び0.2〜1.6wt%の範囲の立方晶の炭化物量の組成を有し、且つ残部がWCで作られている。平均WC粒径は、1.5〜3.5μmの範囲にあることが分かった。この超硬合金ボディは、粉末混合、ボールミル、吹き付け乾燥、本発明にしたがう焼結が引き続き行われる幾つか圧縮方法によって主に製造される。
別の実施態様においては、超硬合金の基材は、枯渇した立方晶炭化物と表面近くで容量が豊富なバインダとを低濃度の窒素を添加した後、真空中で焼結するような方法で作られる。表面からの測定距離は、立方晶炭化物が枯渇する終点までの5〜50μmとする必要がある。この実施態様においては、化学組成は、7.0〜10.5wt%のCo、4.0〜9.0wt%の立方晶炭化物、及び残部タングステン炭化物(WC)からなる。この立方晶炭化物は、所定の微細組織構造物が、例えば炭窒化物またはオキシ炭窒化物として言及できるように、相当量のNとOとを含有することができる。この立方晶炭化物は、好ましくはNb、Ta及びTiであるが、周期律表のIVb、VbまたはVIb族の元素からなる立方晶炭化物を含むことができる。基材中のNの量は、0.01〜0.2wt%の範囲にする必要がある。
その後、ボディは、次の被膜で被覆される。
X+Y+Z≦1であり好ましくはY>XでありZ<0.2であり、最も好ましくはY>0.8及びZ=0であり、<0.5μmの大きさの等軸粒を有し、且つ合計厚みが<1.5μmであるが>0.1μmであるTiCの第1の(最内)層(A)であり、既知の化学蒸着法CVDを使用する。
X+Y+Z≦1であり好ましくはZ=0、X>0.3、且つY>0.3であり、0.4〜3.9μm好ましくは1.5〜3.0μmの柱状粒の厚みを有するTiCの層(B)であり、好ましくは中程度の温度のCVD、MTCVD技法を使用する(700〜900℃の温度範囲でこの層の形成のために炭素と窒素の源としてアセトニトリルを使用する)。精確な条件は、使用する装置の形状の所定範囲に依存するが、当業者の範囲内にある。
X+Y+Z≦1であり好ましくはY>X且つZ<0.2最も好ましくはY>0.8且つZ=0であり、<0.5μmの大きさの等軸粒を有し、且つ<1.5μmであるが>0.1μmの合計厚みを有するTiCの層(C)であり、公知のCVD法を使用する。この層(C)は第2の実施態様のときには削除される。
層A+B+Cの合計厚みは、0.7〜4.5μm好ましくは1.2〜4.0μmである。好ましくは層A及び層Cは、それぞれが層Bより薄い。
多層(D)は、Al及びTiC(X+Y+Z≦1)の層と、好ましくはκ−Al及びTiNの層と、の交互の複数からなり、公知のCVD法を使用する。多層列の最内層と最外層は、連続するAl層である。この層の合計数は、TiCとAlとの双方の層を含み、5〜11層の間であり、好ましくは11〜15層である。Al層は、個々の層厚が<0.5μm好ましくは0.2〜0.5μmである。TiC層は、個々の層厚みが0.01〜0.2μm好ましくは0.02〜0.15μmである。この多層の合計厚みは、1.0〜4.0μm好ましくは1.5〜3.5μmである。このAl層の粒径は、Al層の厚みに等しいかそれ以下である。
好ましくは、最外層帯(E)は、TiCの1層、または連続するTiC(X+Y+Z≦1)の数層或いはそれらの組合せの数層からなり、公知のCVD法を使用する。この合計厚みは<1.5μmである。
これらの層A〜Eの合計厚みは、2.0〜8.0μmである。
切刃に沿って多層を露出させるために、被膜は、ブラシ、ブラスト、研削またはそれらの組合せ作業によって機械的に後処理され、それぞれの切屑と加工物とが接触するすくい面と逃げ面上の領域が後処理される。
好ましい方法においては、SiCを含む二つのナイロンブラシを取付て、且つ一つのブラシを主にすくい面をブラシがけし、もう一つが主に逃げ面をブラシがけするように位置出しして、インサートの逃げ面とすくい面で所望の特性を達成した。
次のインサートと実施例は本発明の利点を実証するために選択された。これらの実施例を表1に要約する。
提示されたインサートは、各実施例において個々の条件で試験された。
インサートA
8.75wtのCo、1.17wt%のTa、0.29wt%のNb、及び2.0μmの平均WC粒径を有するWC残部でなる化学組成を有する本発明にしたがう超硬合金の旋削加工用のインサートは、0.5μmのTiN(最内層)と、2.2μmの柱状Ti(C、N)と、0.5μmの等軸TiNと、250nm厚みのκAl層と80Nm厚みのTiN層とを有する2.2μmの(κAl+TiN)κAlの多層と、0.5μmのTiN+TiC+TiNの最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃に沿って、SiC粒子を含むナイロンブラシで後処理された。最外層被膜は、a=0.1mmとb=0.05mmとにすくい面と逃げ面とに沿って除去された。
インサートB
10.5wtのCo、1.16wt%のTa、0.28wt%のNb、及び1.7μmの平均粒径でなるWC残部を有する超硬合金の市販の旋削加工用のインサートは、0.5μmの等軸のTiN最内層と、4.0μmの柱状Ti(C、N)と、1.0μmのκAlと、0.5μmのTiN+TiC+TiNの最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃に沿って、SiC粒子を含むナイロンブラシで後処理された。最外層被膜は、a=0.025mmとb=0.05mmとになるよう切刃沿って従来技術にしたがって除去された。
インサートC
9.15wtのCo、1.17wt%のTa、0.29wt%のNb、及び1.7μmの平均WC粒径を有するWC残部でなる化学組成を有する超硬合金の旋削加工用のインサートは、0.5μmのTiN(最内層)と、2.2μmの柱状TiCNと、1.8μmの(κAl+TiN)κAlの多層と、0.5μmのTiNの最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃に沿って、SiC粒子を含むナイロンブラシで後処理された。最外層被膜は、a=0.025mmとb=0.05mmとになるよう切刃沿って従来技術にしたがって除去された。
インサートD
インサートCと同一の基材が、0.5μmのTiN(最内層)と、2.3μmの柱状Ti(C、N)と、1.9μmの(κAl+TiN)κAlの多層と、0.5μmのTiNの最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃に沿って、SiC粒子を含むナイロンブラシで後処理された。最外層被膜は、a=0.025mmとb=0.05mmとになるよう切刃沿って従来技術にしたがって除去された。
インサートE
インサートCと同一の基材が、0.5μmの等軸のTiN最内層と、2.2μmの柱状Ti(C、N)と、1.5μmのκAlと、0.5μmのTiN+TiC+TiNの最外層と、で被覆された。最外層被膜は、a=0.025mmとb=0.05mmとになるよう切刃沿って従来技術にしたがって除去された。
インサートF
7.5wtのCo、2.72wt%のTa、0.44wt%のNb、1.83wt%のTi、0.09wt%のN、及び2.0μmの平均WC粒径のWC残部を有し、且つ豊富なバインダ相及び表面から26μmが立方晶炭化物のない領域でなる超硬合金の旋削加工用のインサートは、0.5μmのTiN(最内層)と、2.2μmの柱状Ti(C、N)と、0.5μmの等軸TiNと、2.2μmの(κAl+TiN)κAlの多層と、0.5μmのTiN+TiC+TiNの最外層と、で被覆された。
この被膜は、切刃に沿って、SiC粒子を含むナイロンブラシで後処理された。最外層被膜は、a=0.1mmとb=0.05mmとになるようすくい面と逃げ面とに沿って除去された。
インサートG
7.5wtのCo、2.72wt%のTa、0.44wt%のNb、1.83wt%のTi、0.09wt%のN、及び2.0μmの平均WC粒径のWC残部を有し、且つ豊富なバインダ相及び表面から26μmが立方晶炭化物のない領域でなる超硬合金の旋削加工用のインサートは、0.5μmの等軸TiNの最内層と、7.5μmの柱状Ti(C、N)と、1.2μmのκAlと、0.5μmのTiN+TiC+TiNの最外層と、で被覆された。
この被膜は、切刃に沿って、SiC粒子を含むナイロンブラシで後処理された。最外層被膜は、a=0.025mmとb=0.05mmとになるようヨーロッパ特許第A693574に開示するように除去された。
実施例1
AとBとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:棒材の軸方向と面方向の旋削加工
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI316L
切削速度:225m/分
送り速度:0.3mm/回転 切り込み深さ:2.0mm
インサート形式:CNMG120408−MM
結果: 工具寿命(分)
インサートA:(本発明) ca10
インサートB:(先行技術) ca6
論評:工具寿命の判断基準は、切削切れ刃線の最大逃げ面摩耗が0.3mmであった。
この摩耗は、局部的な塑性変形により不規則に発達する。この実施例は、塑性変型の耐性に改良が見られた。
実施例2
AとBとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:組立て部品の断続切削
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI316L
切削速度:160m/分
送り速度:0.2〜0.3mm/回転
切り込み深さ:0.5〜1.5mm
インサート形式:SNMG120412−MR
結果: 工具寿命(分)
インサートA:(本発明) 8.2
インサートB:(先行技術) 4.2
論評:この試験の摩耗は、逃げ面摩耗、熱的な割れ、欠落であった。工具寿命の決定基準は、欠落すなわち切刃靭性である。結論として、その他の摩耗様式の上記特性の組合せにおいて、改良された切刃靭性が見られた。
実施例3
AとBとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:鋳造リングの連続切削
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI316L
切削速度:110m/分
送り速度:0.3mm/回転
切り込み深さ:3.5mm
インサート形式:CNMG120412−MR
結果: 工具寿命(分)
インサートA:(本発明) 18.6
インサートB:(先行技術) 12.4
論評:この試験の基準は、逃げ面摩耗または切刃損傷を過剰に示さない6.2分の切断の合計時間で起こる全事項による加工である。臨界摩耗基準は、組合せた逃げ面摩耗と塑性変形とである。
本発明にしたがうインサートは、これらの観点から改良が示された。
実施例4
AとBとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:ハウジングの連続切削
加工物:2相ステンレス鋼、SS2477
切削速度:110m/分
送り速度:0.3mm/回転
切り込み深さ:1.35mm
インサート形式:WNMG80412−MR
結果: 工具寿命(分)
インサートA:(本発明) 46
インサートB:(先行技術) 24
論評:この試験は、先行技術に対して明確な改良を示した。しかしながら、この実施例においては臨界摩耗を決定すること困難であるが、すくい面及び切刃靭性に及ぼす逃げ面摩耗、剥離の組合せとして記載することができる。
実施例5
AとBとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:鋳物の断続切削
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI316L
切削速度:150〜200m/分
送り速度:0.1〜0.15mm/回転
切り込み深さ:2.0mm
インサート形式:CNMG120412‐PR
結果: 工具寿命(事項)
インサートA:(本発明) 7
インサートB:(先行技術) 2
論評:この試験は、主摩耗基準がこの要求する適用においては切刃靭性であるので、靭性の改良が示された。
実施例6(具体例)
CとDとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:棒の面切削
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI316L
切削速度:140m/分
送り速度:0.36mm/回転
切り込み深さ:最大4mm
インサート形式:CNMG120408‐MM
結果: 摩耗パターン
インサートC:(参照例) すくい面に限定された剥離(図4)
インサートD:(参照例) すくい面の広範囲に広がる剥離(図5)
論評:この試験は、主摩耗基準がこの要求する適用においては切刃靭性であるので、靭性の改良が示された。
実施例7(具体例)
CとEとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:面及び長さ方向を組合せた旋削加工
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI316Ti
切削速度:100〜120m/分
送り速度:0.3mm/回転
切り込み深さ:2.0mm
インサート形式:CNMG120408‐MM
結果: 切削外側の合計損傷切刃
インサートC:(参照例) 11.5mm
インサートD:(先行技術) 14.7mm
論評:主摩耗は、切削深さのノッチ摩耗と、切削における切刃部の外側の欠落である。
実施例8(具体例)
CとEとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:面及び長さ方向を組合せた旋削加工
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI304L
切削速度:225m/分
送り速度:0.3/回転
切り込み深さ:2.0mm
インサート形式:CNMG120408‐MM
結果: 工具寿命(分)
インサートC:(参照例) 18
インサートE:(先行技術) 13
論評:工具寿命の基準は、切削切れ刃線の最大逃げ面摩耗の0.3mmであった。この摩耗は、局部的な塑性変型のために不規則に発達した。この実施例では薄い多層被膜が、この作業においては先行技術と本発明にしたがう被膜と比較して塑性変形の抵抗が付加されることが示された。
実施例7を考慮すると、この例は、これらの正反対の特性に改良が示された。
実施例9
FとGとのインサートは、旋削加工操作によって試験をした。
操作:鍛造した構成材の連続切削
加工物:オーステナイトステンレス鋼、AISI316L
切削速度:200m/分
送り速度:0.3mm/回転
切り込み深さ:2.0mm
インサート形式:CNMG120416‐MM
結果: 工具寿命(pcs)
インサートF:(本発明) 32
インサートG:(先行技術) 19
論評:臨界摩耗基準は、この試験においては組み合わされた逃げ面摩耗と塑性変形であった。本発明にしたがうインサートは、これらの観点において改良が示された。
表1−A
A B C D
本発明 先行技術 本発明外 本発明外
基材
Co/Ta/Nb(wt%) 8.75/1.17/0.29 10.5/1.16/0.28 9.15/1.17/0.29 9.15/1.17/0.29
Ti/N(wt%) -/- -/- -/- -/-
被膜
Ti/N(最内層) 0.5μm 0.5μm 0.5μm 0.5μm
Ti(C,N) 2.2μm 4.0μm 2.2μm 2.3μm
TiN 0.5μm − − −
(Al2O3/TiN)XAl2O3 2.2μm,X=6 1.0μm 1.8μm,X=5 1.9μm,X=3又は固体Al2O3 固体Al2O3
TiN+TiC+TiN 0.5μm 0.5μm 0.5μm 0.5μm
後処理 本発明 先行技術 先行技術 先行技術
結果
1塑性変形 10分 6分
(工具寿命)
2組合せ摩耗 8.2分 4.2分
(工具寿命)
3靭性と耐磨耗性 18.6分 12.4分
(工具寿命)
4靭性と粘着 46分 24分
(工具寿命)
5靭性 7項 2項
(項数)
6剥離 限定 広範囲
7切刃靭性 11.5mm
(損傷長さ)
8塑性変形 18分
(工具寿命)
9逃げ面摩耗と
塑性変形(項数)
表1−B
E F G
先行技術 本発明 先行技術
基材
Co/Ta/Nb(wt%) 9.15/1.17/0.29 7.5/2.72/0.44 7.5/2.72/0.44
Ti/N(wt%) -/- 1.83/0.09 1.83/0.09
被膜
Ti/N(最内層) 0.5μm 0.5μm 0.5μm
Ti(C,N) 2.2μm 2.2μm 7.5μm
TiN − 0.5μm −
(Al2O3/TiN)XAl2O3 1.5μm 2.2μm,X=6 1.2μm
又は固体Al2O3 固体Al2O3 固体Al2O3
TiN+TiC+TiN 0.5μm 0.5μm 0.5μm
後処理 先行技術 本発明 先行技術
結果
1塑性変形
(工具寿命)
2組合せ摩耗
(工具寿命)
3靭性と耐磨耗性
(工具寿命)
4靭性と粘着
(工具寿命)
5靭性
(項数)
6剥離
7切刃靭性 14.7mm
(損傷長さ)
8塑性変形 13分
(工具寿命)
9逃げ面摩耗と 32項 19項
塑性変形(項数)
A TiN
B 柱状Ti(C、N)
C TiN
D 多層(Al+TiCAl
E TiN+TiC+TiN

Claims (9)

  1. 超硬合金のボディと後処理被膜とからなる、鋼の旋削加工用の切削工具インサートであって、該被膜の合計厚みが2.0〜8.0μmであり、
    − 第1の最内層帯は少なくとも二つの層のTiCからなり、X+Y+Z≦1であり、該最内層帯は合計厚みが0.7〜4.5μmであり、
    − 第2の多層帯は、合計で5〜31層からなり、Al及びX+Y+Z≦1であるTiCの層からなり、
    前記Al−層は個々の層厚みが<0.5μmであり、前記TiCは0.01〜0.2μmであり、前記第2の多層帯は1.0〜4.0μmの合計厚みを有し、且つ
    前記第2の多層帯が切刃線に沿ってすくい面と逃げ面とに向かって露出され、すくい面の露出aが0.03<a<0.9mmであり、逃げ面の露出bが0.02<b<0.2mmであり、且つa>bである、
    ことを特徴とする超硬合金のボディと後処理被膜とからなる、鋼の旋削加工用の切削工具インサート。
  2. 前記最内層帯が、
    X+Y+Z≦1であり、<0.5μmの大きさの等軸粒を有し、且つ合計厚みが<1.5μmで>0.1μmであるTiCの第1の層と、
    X+Y+Z≦1であり、0.4〜3.9μmの柱状粒の厚みを有するTiCの第2の層と、
    含むことを特徴とする請求項1記載の切削工具インサート。
  3. 前記最内層帯が、
    X+Y+Z≦1であり、<0.5μmの大きさの等軸粒を有し、且つ<1.5μmであるが>0.1μmの合計厚みを有するTiCの第3の層、
    である請求項2記載の切削工具インサート。
  4. 前記最内層帯の厚みが、1.2〜4.0μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載の切削工具インサート。
  5. X+Y+Z≦1であるTiCまたはそれらの組合せ物の1層または複数層の多層の最上部の最外層帯を特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の切削工具インサート。
  6. 該被膜の合計厚みが4.0〜7.0μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の切削工具インサート。
  7. 前記多層及び部分的な前記最内TiC層帯が、切刃に沿って露出されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1に記載の切削工具インサート。
  8. 超硬合金の基材は、
    7〜10.5wt%のCo、
    0.2〜1.6wt%の立方晶炭化物、及び
    1.5〜3.5μmの平均粒サイズの残部WC、
    を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1に記載の切削工具インサート。
  9. 超硬合金の基材は、
    立方晶炭化物が枯渇し且つ表面から5〜50μmの直近距離の面で豊富な容量のバインダを含み、且つ
    7.0〜10.5wt%のCo、周期律表のIVb、VbまたはVIb族の元素からなる4.0〜9.0wt%の立方晶炭化物、及び残部タングステン炭化物WCと0.01〜0.2wt%の範囲の含有量のNとから成る基材組成を有する、
    ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1に記載の切削工具インサート。
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