JP3021742B2 - 表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
表面被覆超硬合金製切削工具Info
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- JP3021742B2 JP3021742B2 JP3089731A JP8973191A JP3021742B2 JP 3021742 B2 JP3021742 B2 JP 3021742B2 JP 3089731 A JP3089731 A JP 3089731A JP 8973191 A JP8973191 A JP 8973191A JP 3021742 B2 JP3021742 B2 JP 3021742B2
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- Japan
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- cemented carbide
- tin
- layer
- coated
- cutting tool
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、炭化タングステン
（以下、ＷＣと記す）基超硬合金を基体とし、その表面
に硬質層を化学蒸着法で被覆した切削工具に関するもの
であり、特に断続切削で使用した場合に優れた耐欠損性
を示すものである。
（以下、ＷＣと記す）基超硬合金を基体とし、その表面
に硬質層を化学蒸着法で被覆した切削工具に関するもの
であり、特に断続切削で使用した場合に優れた耐欠損性
を示すものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＷＣ基超硬合金を基体とし、その
表面に化学蒸着法（以下、ＣＶＤ法と記す）で硬質層を
被覆した切削工具が広く使用されている。
表面に化学蒸着法（以下、ＣＶＤ法と記す）で硬質層を
被覆した切削工具が広く使用されている。
【０００３】上記硬質層としては、種々の材質のものが
使用されているが、中でも窒化チタン（以下、ＴｉＮと
記す）層は、耐摩耗性および耐溶着性に優れ、切りくず
との摩擦係数が低く、さらに黄金色であるために外観を
美しくするなどの利点があるために多く使用されてい
る。
使用されているが、中でも窒化チタン（以下、ＴｉＮと
記す）層は、耐摩耗性および耐溶着性に優れ、切りくず
との摩擦係数が低く、さらに黄金色であるために外観を
美しくするなどの利点があるために多く使用されてい
る。
【０００４】ＷＣ基超硬合金を基体としその上にＣＶＤ
法により形成されたＴｉＮ層には、高い引張り残留応力
が発生し、さらに結晶状態が柱状晶化しやすいために、
このＴｉＮ層を被覆したＷＣ基超硬合金を切削工具とし
て用いて断続切削などを行うと、ＴｉＮ層に亀裂が発生
し、その亀裂を起点として欠損が発生しやすくなるとい
う欠点があり、かかる欠点を改善する方法としてＣＶＤ
法で形成したＴｉＮ層にショットピーニング法、サンド
ブラスト法などを施して、上記ＴｉＮ層に圧縮応力を付
与し、工具の耐欠損性を向上させるなどの方法も提案さ
れている（特開昭６４−３１９７２号公報参照）。
法により形成されたＴｉＮ層には、高い引張り残留応力
が発生し、さらに結晶状態が柱状晶化しやすいために、
このＴｉＮ層を被覆したＷＣ基超硬合金を切削工具とし
て用いて断続切削などを行うと、ＴｉＮ層に亀裂が発生
し、その亀裂を起点として欠損が発生しやすくなるとい
う欠点があり、かかる欠点を改善する方法としてＣＶＤ
法で形成したＴｉＮ層にショットピーニング法、サンド
ブラスト法などを施して、上記ＴｉＮ層に圧縮応力を付
与し、工具の耐欠損性を向上させるなどの方法も提案さ
れている（特開昭６４−３１９７２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｃ
ＶＤ法によりＷＣ基超硬合金基体表面に形成したＴｉＮ
層に、金属ボール、セラミックボール、金属粉末、セラ
ミック粉末などを衝突させてショットピーニング法また
はサンドブラスト法などを施すと、確かに圧縮応力は付
与されるが、薄いＴｉＮ層に機械的な傷が付くことがあ
り、かかる傷が原因で欠損に至るなどの課題があり、さ
らにＣＶＤ法によるＴｉＮ層を形成した後でショットピ
ーニング法、サンドブラスト法などを施すことは、それ
だけコストアップにつながるという課題があった。
ＶＤ法によりＷＣ基超硬合金基体表面に形成したＴｉＮ
層に、金属ボール、セラミックボール、金属粉末、セラ
ミック粉末などを衝突させてショットピーニング法また
はサンドブラスト法などを施すと、確かに圧縮応力は付
与されるが、薄いＴｉＮ層に機械的な傷が付くことがあ
り、かかる傷が原因で欠損に至るなどの課題があり、さ
らにＣＶＤ法によるＴｉＮ層を形成した後でショットピ
ーニング法、サンドブラスト法などを施すことは、それ
だけコストアップにつながるという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
かかるショットピーニング法、サンドブラスト法などの
後処理を施すことなく耐欠損性に優れたＣＶＤ法による
ＴｉＮ層被覆超硬合金製切削工具を製造すべく研究を行
った結果、ＷＣ基超硬合金基体表面にＣＶＤ法により形
成されたＴｉＮ層であっても、 σTiN （kgｆ／mm2 ）：ＴｉＮ層の引張り残留応力、 ｘ：ＷＣ基超硬合金基体の中心部の熱膨張係数を１０6
倍した値、とすると、 ５ｘ2 −８０ｘ＋３１５≧σTiN …………… （１） の関係式を満足するようなＣＶＤ法により形成されたＴ
ｉＮ層被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は十分な耐欠損性
を有するという知見を得たのである。
かかるショットピーニング法、サンドブラスト法などの
後処理を施すことなく耐欠損性に優れたＣＶＤ法による
ＴｉＮ層被覆超硬合金製切削工具を製造すべく研究を行
った結果、ＷＣ基超硬合金基体表面にＣＶＤ法により形
成されたＴｉＮ層であっても、 σTiN （kgｆ／mm2 ）：ＴｉＮ層の引張り残留応力、 ｘ：ＷＣ基超硬合金基体の中心部の熱膨張係数を１０6
倍した値、とすると、 ５ｘ2 −８０ｘ＋３１５≧σTiN …………… （１） の関係式を満足するようなＣＶＤ法により形成されたＴ
ｉＮ層被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は十分な耐欠損性
を有するという知見を得たのである。
【０００７】この発明は、かかる知見にもとづいてなさ
れたものであって、ＷＣ基超硬合金基体の表面にＴｉＮ
層からなる単層あるいはＴｉＮ層を含む多重層をＣＶＤ
法により被覆してなる表面被覆超硬合金製切削工具にお
いて、上記ＴｉＮ層の残留応力が上記（１）式を満足す
る表面被覆超硬合金製切削工具に特徴を有するものであ
る。
れたものであって、ＷＣ基超硬合金基体の表面にＴｉＮ
層からなる単層あるいはＴｉＮ層を含む多重層をＣＶＤ
法により被覆してなる表面被覆超硬合金製切削工具にお
いて、上記ＴｉＮ層の残留応力が上記（１）式を満足す
る表面被覆超硬合金製切削工具に特徴を有するものであ
る。
【０００８】一般に、ＷＣ基超硬合金基体の熱膨張係数
は、組成により任意に変化し、実用上は約４．５〜６．
５×１０-6／℃となっているが、この発明では、ＴｉＮ
層に引張り残留応力が発生しやすい熱膨張係数：７．０
×１０-6／℃未満のＷＣ基超硬合金基体に対して特に効
果がある。また、ＷＣ基超硬合金基体は、中心部と表面
部とでは組成が異なることがあるが、表面部の厚さが２
００μｍ以下の時には、σTiN は基体中心部の熱膨張係
数に大きく支配され、表面部にはほとんど影響されな
い。
は、組成により任意に変化し、実用上は約４．５〜６．
５×１０-6／℃となっているが、この発明では、ＴｉＮ
層に引張り残留応力が発生しやすい熱膨張係数：７．０
×１０-6／℃未満のＷＣ基超硬合金基体に対して特に効
果がある。また、ＷＣ基超硬合金基体は、中心部と表面
部とでは組成が異なることがあるが、表面部の厚さが２
００μｍ以下の時には、σTiN は基体中心部の熱膨張係
数に大きく支配され、表面部にはほとんど影響されな
い。
【０００９】言い換えるとこの発明でＷＣ基超硬合金基
体の中心部とは、基体の表面から２００μｍ以上深い部
分を言い、ｘは基体中心部の熱膨張係数を１０6 倍した
値である。
体の中心部とは、基体の表面から２００μｍ以上深い部
分を言い、ｘは基体中心部の熱膨張係数を１０6 倍した
値である。
【００１０】なお、ｘは実測の熱膨張係数に１０6 倍し
て求めてもよいが、ＷＣ基超硬合金基体を構成する成分
組成から混合則に従い計算により熱膨張係数を求め、そ
の熱膨張係数に１０6 倍して求めてもよい。
て求めてもよいが、ＷＣ基超硬合金基体を構成する成分
組成から混合則に従い計算により熱膨張係数を求め、そ
の熱膨張係数に１０6 倍して求めてもよい。
【００１１】
【実施例】実施例１ ＩＳＯ規格ＳＮＧＮ１２０４０８の形状を有し、表１に
示される成分組成のＷＣ基超硬合金を用意し、これらＷ
Ｃ基超硬合金の表面を最低でも表面から０．５mmの深さ
になるまで研摩し、表面から中心部に至るまで均一なＷ
Ｃ基超硬合金基体Ａ〜Ｅを作製した。
示される成分組成のＷＣ基超硬合金を用意し、これらＷ
Ｃ基超硬合金の表面を最低でも表面から０．５mmの深さ
になるまで研摩し、表面から中心部に至るまで均一なＷ
Ｃ基超硬合金基体Ａ〜Ｅを作製した。
【００１２】これらＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｅの熱膨張
係数を混合則に従い計算により求め、得られた熱膨張係
数を１０6 倍してｘの値を求め、このｘの値を下記の
（２）式に代入してＹの値を求め、このＹの値を表１に
示した。
係数を混合則に従い計算により求め、得られた熱膨張係
数を１０6 倍してｘの値を求め、このｘの値を下記の
（２）式に代入してＹの値を求め、このＹの値を表１に
示した。
【００１３】 Ｙ＝５ｘ2 −８０ｘ＋３１５ …………… （２） これらＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｅの表面に表２および表
３に示される条件でＴｉＮ層を化学蒸着し、このＴｉＮ
層の引張り残留応力σTiN （kgｆ／mm2 ）をＸ線回折に
より２θ− sin2 ψ法を用いて測定してその結果を表４
に示した。なお、ＴｉＮ層以外の硬質層は通常の化学蒸
着法により形成した。
３に示される条件でＴｉＮ層を化学蒸着し、このＴｉＮ
層の引張り残留応力σTiN （kgｆ／mm2 ）をＸ線回折に
より２θ− sin2 ψ法を用いて測定してその結果を表４
に示した。なお、ＴｉＮ層以外の硬質層は通常の化学蒸
着法により形成した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】かかる条件により上記ＷＣ基超硬合金基体
Ａ〜Ｅの表面にＴｉＮ層からなる単層またはＴｉＮを含
む多重層からなる表３のコーティング層を形成した本発
明表面被覆超硬合金製切削工具１〜５および従来表面被
覆超硬合金製切削工具１〜５について、上記（１）式を
満足しているか否かを確認したのち、これら切削工具を
用いて下記の条件で断続切削試験を行い、それらの結果
を表４に示した。
Ａ〜Ｅの表面にＴｉＮ層からなる単層またはＴｉＮを含
む多重層からなる表３のコーティング層を形成した本発
明表面被覆超硬合金製切削工具１〜５および従来表面被
覆超硬合金製切削工具１〜５について、上記（１）式を
満足しているか否かを確認したのち、これら切削工具を
用いて下記の条件で断続切削試験を行い、それらの結果
を表４に示した。
【００１９】断続切削条件 被削材：ＳＮＣＭ４３９（ＨB ３２０）の角材 切削速度：１００ｍ／分 送り：０．４mm／rev 切込み：３mm 乾式切削 １０切れ刃について欠損するまでの衝撃回数を測定し、
その平均値を求めた。
その平均値を求めた。
【００２０】実施例２ 原料粉末として、 平均粒径：３．５μｍのＷＣ粉末、 平均粒径：１．０μｍのＴｉＣ粉末、 平均粒径：１．０μｍのＮｂＣ粉末、 平均粒径：１．０μｍのＴａＣ粉末、 平均粒径：１．０μｍのＴｉＮ粉末、 平均粒径：１．２μｍのＣｏ粉末、 をそれぞれ用意し、これら粉末を表５に示される割合で
配合し、混合してプレス成形したのち、ＩＳＯ規格ＣＮ
ＭＧ１２０４０８に相当する形状の圧粉体を作製し、こ
の圧粉体を表５に示される条件で焼結し、表５に示され
る組成および厚さの表面層を有し、中心部の組成が表１
のＷＣ基超硬合金基体ＢおよびＤとほぼ同一のＷＣ基超
硬合金基体Ｂ′およびＤ′を作製した。
配合し、混合してプレス成形したのち、ＩＳＯ規格ＣＮ
ＭＧ１２０４０８に相当する形状の圧粉体を作製し、こ
の圧粉体を表５に示される条件で焼結し、表５に示され
る組成および厚さの表面層を有し、中心部の組成が表１
のＷＣ基超硬合金基体ＢおよびＤとほぼ同一のＷＣ基超
硬合金基体Ｂ′およびＤ′を作製した。
【００２１】上記ＷＣ基超硬合金基体Ｂ′およびＤ′の
表面に表６に示される条件でＴｉＮ層を化学蒸着し、こ
のＴｉＮ層の引張り残留応力σTiN （kgｆ／mm2 ）を実
施例１と同様にＸ線回折により測定し、その結果を表７
に示した。
表面に表６に示される条件でＴｉＮ層を化学蒸着し、こ
のＴｉＮ層の引張り残留応力σTiN （kgｆ／mm2 ）を実
施例１と同様にＸ線回折により測定し、その結果を表７
に示した。
【００２２】なお、ＴｉＮ層以外の硬質層は通常の化学
蒸着法により形成した。
蒸着法により形成した。
【００２３】上記ＷＣ基超硬合金基体Ｂ′およびＤ′の
表面にＴｉＮを含む複合層からなる表６のコーティング
層を形成した本発明表面被覆超硬合金製切削工具６〜７
および従来表面被覆超硬合金製切削工具６〜７について
上記（１）式を満足するか否か確認したのち、これら切
削工具を用いて下記の条件で断続切削試験を行い、それ
らの結果を表７に示した。
表面にＴｉＮを含む複合層からなる表６のコーティング
層を形成した本発明表面被覆超硬合金製切削工具６〜７
および従来表面被覆超硬合金製切削工具６〜７について
上記（１）式を満足するか否か確認したのち、これら切
削工具を用いて下記の条件で断続切削試験を行い、それ
らの結果を表７に示した。
【００２４】断続切削条件 被削材：ＳＮＣＭ４３９（ＨB ２９０）の角材 切削速度：１００ｍ／分 送り：０．３mm／rev 切込み：２mm 乾式切削 １０切れ刃について欠損までの衝撃回数を測定し、その
平均値を求めた。
平均値を求めた。
【００２５】
【表５】
【００２６】
【表６】
【００２７】
【表７】
【００２８】
【発明の効果】本発明表面被覆超硬合金製切削工具１と
従来表面被覆超硬合金製切削工具１は、ＷＣ基超硬合金
基体の成分組成およびコーティング層の成分組成が同一
で、上記コーティング層は共に引張り残留応力が付与さ
れているにもかかわらず、上記（１）式を満足するＴｉ
Ｎ層を被覆した本発明表面被覆超硬合金製切削工具１
は、上記（１）式を満足しないＴｉＮ層を被覆した従来
表面被覆超硬合金製切削工具１に比べて耐欠損性が優れ
ており、さらに本発明表面被覆超硬合金製切削工具２〜
７と従来表面被覆超硬合金製切削工具２〜７をそれぞれ
対比してみても同じ傾向を示すことがわかる。
従来表面被覆超硬合金製切削工具１は、ＷＣ基超硬合金
基体の成分組成およびコーティング層の成分組成が同一
で、上記コーティング層は共に引張り残留応力が付与さ
れているにもかかわらず、上記（１）式を満足するＴｉ
Ｎ層を被覆した本発明表面被覆超硬合金製切削工具１
は、上記（１）式を満足しないＴｉＮ層を被覆した従来
表面被覆超硬合金製切削工具１に比べて耐欠損性が優れ
ており、さらに本発明表面被覆超硬合金製切削工具２〜
７と従来表面被覆超硬合金製切削工具２〜７をそれぞれ
対比してみても同じ傾向を示すことがわかる。
【００２９】上述の如く、この発明の表面被覆超硬合金
製切削工具は、ショットピーニング法、サンドブラスト
法などの後処理を施す必要がないのでコストを低くおさ
えることができると共に耐欠損性をも向上させることが
できるという優れた効果を奏するものである。
製切削工具は、ショットピーニング法、サンドブラスト
法などの後処理を施す必要がないのでコストを低くおさ
えることができると共に耐欠損性をも向上させることが
できるという優れた効果を奏するものである。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化タングステン（以下、ＷＣと記す）
基超硬合金を基体とし、窒化チタン（以下、ＴｉＮと記
す）からなる単層あるいはＴｉＮ層を含む多重層を化学
蒸着法で被覆してなる表面被覆超硬合金製切削工具にお
いて、ＴｉＮ層の引張り残留応力をσTiN （kgｆ／m
m2 ）とした時、次式（１）の関係が成立するＴｉＮ層
が少なくとも１層被覆されていることを特徴とする表面
被覆超硬合金製切削工具。 ５ｘ2 −８０ｘ＋３１５≧σTiN …………… （１） 但し、ｘはＷＣ基超硬合金基体中心部の熱膨張係数を１
０6 倍した値。 - 【請求項２】 上記ＷＣ基超硬合金基体の表面に、上記
（１）式の関係が成立する引張り残留応力をもったＴｉ
Ｎ層が上記多重層の最外層として被覆されていることを
特徴とする請求項１記載の表面被覆超硬合金製切削工
具。 - 【請求項３】 上記ＷＣ基超硬合金基体中心部の熱膨張
係数が７．０×１０-6／℃未満であることを特徴とする
請求項１または２記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089731A JP3021742B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089731A JP3021742B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04300102A JPH04300102A (ja) | 1992-10-23 |
| JP3021742B2 true JP3021742B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=13978909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3089731A Expired - Lifetime JP3021742B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3021742B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE528696C2 (sv) * | 2005-02-25 | 2007-01-23 | Sandvik Intellectual Property | CVD-belagt skär av hårdmetall, cermet eller keramik och sätt att tillverka detsamma |
| SE529023C2 (sv) | 2005-06-17 | 2007-04-10 | Sandvik Intellectual Property | Belagt skär av hårdmetall |
| JP6602672B2 (ja) * | 2013-11-25 | 2019-11-06 | 株式会社タンガロイ | 被覆工具 |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3089731A patent/JP3021742B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04300102A (ja) | 1992-10-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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