JP3368794B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップInfo
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Description
サーメットで構成された基体(以下、サーメット基体と
云う)の表面部に形成された表面硬化層における逃げ面
とすくい面が交わる切刃稜線部(以下、単に切刃稜線部
と云う)における硬さを、逃げ面およびすくい面におけ
る硬さに比して相対的に高くし、これによって前記基体
表面に物理蒸着(以下、PVDで示す)および/または
化学蒸着(以下、CVDで示す)される硬質被覆層にす
ぐれた耐欠損性を付与せしめ、もって耐欠損性が要求さ
れる、例えば鋼などの高速断続切削に用いた場合にも切
刃に欠けやチッピング(微小欠け)などの発生なく、す
くれた切削性能を長期に亘って発揮するようにした表面
被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ(以下、
単に被覆切削チップと云う)に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、一般に例えば特開平4−3415
80号公報などに記載されるように、結合相形成成分と
してCoおよび/またはNiを5〜14重量%含有し、
ビッカース硬さ(以下、Hvで示す)で、Hv:140
0〜1800を示す内部硬さに対して、切刃の逃げ面、
切刃稜線部、およびすくい面にかけての表面部に、最高
表面硬さがHv:2100〜2500の均一な硬さ分布
をもった表面硬化層を形成したサーメット基体の表面
に、硬質被覆層を2〜20μmの平均層厚でPVD法お
よび/またはCVD法を用いて蒸着してなる被覆切削チ
ップが知られており、また、これが例えば鋼などの連続
切削や断続切削に用いられていることも知られている。
さらに、上記従来被覆切削チップを構成するサーメット
基体が、以下の条件、すなわち、 (a)焼結温度への昇温速度:1〜3℃/sec、 (b)室温から1100〜1300℃への昇温雰囲気:
0.1torr以下の真空、 (c)1100〜1300℃から焼結温度である148
0〜1560℃への昇温雰囲気:5〜100torrの
窒素雰囲気、 (d)上記焼結温度での保持時間および雰囲気:60〜
90分および5〜100torrの窒素雰囲気、 (e)冷却:0.1torr以下の真空雰囲気で炉冷、 以上(a)〜(e)の条件を満足する条件で、所定の配
合組成を有する圧粉体を焼結することによって製造され
ることも知られている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削装置
の高性能化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これに伴い切削加工は高速化の傾向にあるが、上記
のサーメット基体の表面部に形成された表面硬化層の硬
さ分布に変化のない従来被覆切削チップにおいては、こ
れを例えば鋼の断続切削を高速で行う場合に用いると硬
質被覆層の耐欠損性不足が原因で、切刃に欠けやチッピ
ングなどが発生し易く、比較的短時間で使用寿命に至る
のが現状である。 【0004】 【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、上記のサーメット基体の表面部
に表面硬化層を形成した従来被覆切削チップに着目し、
これを構成する硬質被覆層の耐欠損性向上をはかるべく
研究を行った結果、サーメット基体の焼結に際して、結
合相形成成分であるCoおよび/またはNiの含有量を
17.5〜27重量%と特定した上で、上記の焼結条件
である(a)〜(e)の条件のうちの(e)条件の冷却
雰囲気を1〜5torrの窒素雰囲気とした条件で焼結
を行なうと、焼結後のサーメット基体は、Hv:120
0〜1600を示す内部硬さに対して、その表面部に
は、切刃稜線部が従来サーメット基体の表面硬化層とほ
ぼ同等のHv:2200〜2600の最高表面硬さを示
すが、逃げ面およびすくい面はこれより相対的に低いH
v:1400〜1800の最高表面硬さを示す表面硬化
層が形成されるようになり、このような表面硬化層の形
成されたサーメット基体の表面に、PVD法および/ま
たはCVD法を用いて硬質被覆層を蒸着すると、この結
果形成された硬質被覆層はすぐれた耐欠損性を有するよ
うになり、この硬質被覆層の耐欠損性向上効果はサーメ
ット基体表面部に形成された表面硬化層の上記の硬さ分
布、すなわちHv:1200〜1600を示す内部硬さ
に対して、切刃稜線部がHv:2200〜2600の最
高表面硬さを示し、一方逃げ面およびすくい面はこれよ
り相対的に低いHv:1400〜1800の最高表面硬
さを示す硬さ分布によって硬質被覆層の残留圧縮応力が
著しく低減されるようになることに原因するものと考え
られ、したがってこの結果の被覆切削チップは、耐欠損
性が要求される、例えば鋼などの高速断続切削に用いた
場合にも切刃に欠けやチッピング(微小欠け)などの発
生なく、すくれた切削性能を長期に亘って発揮するとい
う研究結果を得たのである。 【0005】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、結合相形成成分としてCoおよび
/またはNiを17.5〜27重量%含有し、Hv:1
200〜1600を示す内部硬さに対して、切刃稜線部
がHv:2200〜2600の最高表面硬さを示し、か
つ逃げ面およびすくい面がHv:1400〜1800の
最高表面硬さを示す表面硬化層が表面部に存在するサー
メット基体の表面に、1〜20μmの平均層厚を有する
硬質被覆層をPVD法および/またはCVD法にて蒸着
してなる、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する被覆
切削チップに特徴を有するものである。 【0006】なお、この発明の被覆切削チップを構成す
るサーメット基体の表面部に形成された表面硬化層にお
ける硬さ分布は、結合相形成成分であるCoおよび/ま
たはNiの含有量を17.5〜27重量%に特定した上
で、上記の通り従来被覆切削チップを構成するサーメッ
ト基体の焼結条件である(a)〜(e)の条件のうちの
(e)条件の冷却雰囲気を1〜5torrの窒素雰囲気
とした条件で焼結を行なうことにより調整される、すな
わち、Coおよび/またはNiの含有量を前記範囲内で
低くし、かつ前記(e)条件における窒素雰囲気の圧力
を前記範囲内で高くするほど切刃稜線部と逃げ面および
すくい面の硬さは高くなり、反対にCoおよび/または
Niの含有量を前記範囲内で高くし、かつ窒素雰囲気の
圧力を低くするほど前記硬さは低くなるものであり、し
たがって前記結合相形成成分の含有量が27重量%を越
え、かつ前記窒素雰囲気が1torr未満になると、切
刃稜線部の最高表面硬さがHv:2200未満、逃げ面
およびすくい面の最高表面硬さがHv:1400未満と
なってしまい、このような硬さ分布になると、内部硬さ
との硬度差が小さくなり過ぎてしまい、これに蒸着され
る硬質被覆層に所望のすぐれた耐欠損性を確保すること
ができず、一方前記結合相形成成分の含有量が17.5
重量%未満にして前記窒素雰囲気が5torrを越える
と、切刃稜線部の最高表面硬さがHv:2600を越
え、かつ逃げ面およびすくい面の最高表面硬さがHv:
1800を越えるようになり、この結果内部硬さとの硬
度差が大きくなり過ぎてしまい、このような硬さ分布に
なっても硬質被覆層に所望の耐欠損性向上効果は見られ
ないという理由によりサーメット基体における表面硬化
層の硬さ分布を上記の通りに定めたのである。また、同
じく硬質被覆層の平均層厚を1〜20μmとしたのは、
その厚さが1μm未満では硬質被覆層によってもたらさ
れる所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、
一方その厚さが20μmを越えると耐欠損性に低下傾向
が現れるようになるという理由にもとづくものである。 【0007】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆切削チッ
プを実施例により具体的に説明する。原料粉末として、
いずれも0.5〜2μmの範囲内の所定の平均粒径を有
するTiCN[重量比で(以下同じ)、TiC/TiN
=50/50]粉末、TiN粉末、TaC粉末、NbC
粉末、WC粉末、Mo2 C粉末、VC粉末、ZrC粉
末、Cr3 C2 粉末、(Ti,W,Mo)CN[Ti/
W/Mo=80/10/10、C/N=70/30]粉
末、(Ti,Ta,V)CN[Ti/Ta/V=70/
20/10、C/N=50/50]粉末、(Ti,T
a,Nb)CN[Ti/Ta/Nb=70/15/1
5、C/N=60/40]粉末、(Ti,W,Nb)C
N[Ti/W/Nb=80/10/10、C/N=70
/30]粉末、(Ti,Nb,Mo)CN[Ti/Nb
/Mo=60/30/10、C/N=60/40]粉
末、(Ti,W)CN[Ti/W=80/20、C/N
=70/30]粉末、Co粉末、およびNi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24時間湿式混合し、乾燥した後、1
ton/cm2 の圧力で圧粉体ア〜スをプレス成形し、
ついでこれら圧粉体ア〜スを、以下に示す条件、すなわ
ち室温から1300℃までを0.1torrの真空雰囲
気中、1.5℃/minの昇温速度で昇温し、1300
℃に昇温後、雰囲気を15torrの窒素雰囲気に変え
て同じ昇温速度で1500℃まで昇温し、同じ雰囲気で
1500℃に60分間保持し、最終的にそれぞれ1〜5
torrの範囲内の所定の窒素雰囲気中で炉冷、の条件
で焼結し、焼結体に0.05mmの丸ホーニングを施す
ことによりISO規格SNMG120408のスローア
ウエイチップ形状をもったサーメット基体A〜Mをそれ
ぞれ製造した。また、比較の目的で、表1に示されると
同じ配合組成の圧粉体ア〜スを用い、これの焼結を、上
記の焼結条件のうちの最終工程である炉冷をいずれも
0.1torrの真空雰囲気中で行なう以外は同じ条件
でサーメット基体a〜mをそれぞれ製造した。 【0008】この結果得られた各種のサーメット基体に
ついて、表面を研磨した状態で、逃げ面およびすくい面
のHv(荷重:300g)をそれぞれ任意箇所10箇所
について測定し、また切刃稜線部は正確な表面硬さの測
定ができないので、任意箇所10箇所の研磨断面におけ
るホーニング面から0.05mm内側の位置のHv(荷
重:300g)を測定して表面硬さとし、これから最高
表面硬さを選び出し、この結果を表2、3に内部硬さと
ともに示した。 【0009】ついで、上記の各種のサーメット基体の表
面に、表2、3に示される通り、(a)サーメット基体
を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、アー
クイオンプレーティング装置に装入し、一方カソード電
極(蒸発源)としてそれぞれ純Ti、Ti−50重量%
Al合金、Ti−45重量%Al−5重量%Mg合金、
およびTi−40%Al−10%Cr合金を装着し、装
置内を排気して1×10-5torr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、アルゴ
ンガスを導入して1×10-3torrのアルゴンガス雰
囲気とし、この状態でサーメット基体に−800vのバ
イアス電圧を印加してサーメット基体表面をボンバート
洗浄し、ついで装置内に、硬質被覆層の組成に応じて、
反応ガスとして窒素ガス、メタンガス、または窒素ガス
とメタンガスを導入して5×10-3torrの反応雰囲
気とすると共に、前記サーメット基体に印加するバイア
ス電圧をー200v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、もって前記サ
ーメット基体のそれぞれの表面に、表5、6に示される
組成および平均層厚をもった硬質被覆層を形成するPV
D法、(b)通常のCVD装置を用い、表4に示される
条件にて表5、6に示される組成および平均層厚をもっ
た硬質被覆層を形成するCVD法、以上(a)または
(b)法にて硬質被覆層を形成することにより本発明被
覆切削チップ1〜13および比較被覆切削チップ1〜1
3をそれぞれ製造した。 【0010】この結果得られた各種の被覆切削チップに
ついて、 被削材:JIS・SCM440Cの長さ方向等間隔4本
縦溝入り丸棒、 切削速度:350m/min、 送り:0.2mm/rev、 切込実:1mm、 切削時間:5分、 の条件で合金鋼の高速断続切削試験を行ない、切刃の逃
げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表5、6に
示した。 【0011】 【表1】【0012】 【表2】 【0013】 【表3】【0014】 【表4】 【0015】 【表5】【0016】 【表6】【0017】 【発明の効果】表5、6に示される結果から、本発明被
覆切削チップ1〜13は、いずれもこれを構成するサー
メット基体の表面硬化層における相対的に高い硬さの切
刃稜線部と、相対的に硬さの低い逃げ面およびすくい面
によって、硬質被覆層はすぐれた耐欠損性を具備するよ
うになることから、鋼の高速断続切削でも切刃に欠けや
チッピングの発生なく、すぐれた切削性能を示すのに対
して、上記の従来被覆切削チップと同様に、サーメット
基体の表面硬化層に硬さ変化のない比較被覆切削チップ
1〜13においては、いずれも硬質被覆層の残留圧縮応
力が高く、これが原因で苛酷な条件での切削となる鋼の
高速断続切削では切刃に欠けやチッピングが発生し易
く、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、この発明の被覆切削チップは、これ
を構成するサーメット基体の表面硬化層における切刃稜
線部の有するHv:2200〜2600の最高表面硬さ
と、逃げ面およびすくい面の有するHv:1400〜1
800の最高表面硬さの硬さ分布によって、これに形成
される硬質被覆層はすぐれた耐欠損性を有するようにな
るので、例えば鋼の高速連続切削は勿論のこと、高速断
続切削においても切刃に欠けやチッピングの発生なく、
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのである。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 結合相形成成分としてCoおよび/また
はNiを17.5〜27重量%含有し、以下いずれもビ
ッカース硬さで、1200〜1600を示す内部硬さに
対して、切刃の逃げ面とすくい面が交わる切刃稜線部が
2200〜2600の最高表面硬さを示し、かつ逃げ面
およびすくい面が1400〜1800の最高表面硬さを
示す表面硬化層が表面部に存在する炭窒化チタン系サー
メットで構成された基体の表面に、1〜20μmの平均
層厚を有する硬質被覆層を物理蒸着および/または化学
蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する
表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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JP09179897A JP3368794B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10280146A JPH10280146A (ja) | 1998-10-20 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP09179897A Expired - Fee Related JP3368794B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ |
Country Status (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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SE519832C2 (sv) * | 1999-05-03 | 2003-04-15 | Sandvik Ab | Titanbaserad karbonitridlegering med bindefas av kobolt för lätt finbearbetning |
SE519834C2 (sv) * | 1999-05-03 | 2003-04-15 | Sandvik Ab | Titanbaserad karbonitridlegering med bindefas av kobolt för seghetskrävande finbearbetning |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP09179897A patent/JP3368794B2/ja not_active Expired - Fee Related
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