JP3480086B2 - 硬質層被覆切削工具 - Google Patents

硬質層被覆切削工具

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JP3480086B2
JP3480086B2 JP28285194A JP28285194A JP3480086B2 JP 3480086 B2 JP3480086 B2 JP 3480086B2 JP 28285194 A JP28285194 A JP 28285194A JP 28285194 A JP28285194 A JP 28285194A JP 3480086 B2 JP3480086 B2 JP 3480086B2
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亮 矢口
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  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、切削速度が250m
/min以上の高速連続切削に対して優れた切削性能を
示す硬質層被覆切削工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、WCを主成分とするWC基超硬
合金からなる基体(以下、WC基超硬合金基体という)
またはTiCNを主成分とするサーメットからなる基体
(以下、TiCN基サーメット基体という)の表面に、
(Ti0.5 Si0.5 )Cの単一硬質層を被覆してなる硬
質層被覆切削工具は知られている(特開平1−3065
50号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の
(Ti0.5 Si0.5 )C硬質層を被覆した硬質層被覆切
削工具は、高速連続切削に用いた場合には耐摩耗性が十
分でなく、したがって、満足のいく使用寿命が得られて
いない。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、上
述のような課題を解決し、高速連続切削に用いた場合に
も一層の長寿命を示す硬質層被覆切削工具を得るべく研
究を行った結果、WC基超硬合金基体またはTiCN基
サーメット基体の表面に、アーク放電式イオンプレーテ
ィング法またはマグネトロンスパッタリング法により形
成された(Ti1-x Six )(C1-y y z [ただ
し、0.01≦x≦0.45、0.01≦y≦1.0 、0.5 ≦z≦1.3
4]からなる組成のTiとSiの複合炭窒化物単一硬質
層あるいは複合窒化物単一硬質層を被覆した硬質層被覆
切削工具は、高速連続切削に用いた場合に従来よりも一
層耐摩耗性に優れかつ使用寿命が長くなる、という知見
を得たのである。
【0005】この発明は、かかる知見にもとづいて成さ
れたものであって、WC基超硬合金基体またはTiCN
基サーメット基体の表面に、アーク放電式イオンプレー
ティング法またはマグネトロンスパッタリング法により
形成された(Ti1-x Six )(C1-y y z [ただ
し、0.01≦x≦0.45、0.01≦y≦1.0 、0.5 ≦z≦1.3
4]からなる組成のTiとSiの複合炭窒化物単一硬質
層あるいは複合窒化物単一硬質層を被覆した硬質層被覆
切削工具に特徴を有するものである。
【0006】x、yおよびzの値を前記のごとく限定し
たのは、x<0.01、x>0.45であると所望の耐
摩耗性が得られないからであり、y<0.01、y>
1.0であると所望の耐欠損性が得られないからであ
り、さらにz<0.5であると所望の耐摩耗性が得られ
ず、z>1.34であると所望の耐欠損性が低下すると
ともに剥離が起こりやすくなるからである。前記(Ti
1-x Six )(C1-y yz におけるx、y、zの一
層好ましい範囲は、0.01≦x≦0.30、0.3 ≦y≦0.7 、
0.9 ≦z≦1.1 である。したがって、WC基超硬合金基
体またはTiCN基サーメット基体の表面に形成される
一層好ましい単一硬質層は、TiとSiの複合炭窒化物
単一硬質層である。また、この発明の硬質層被覆切削工
具の単一硬質層の膜厚は1〜10μmの範囲内にあるこ
とが好ましい。
【0007】この発明の硬質層被覆切削工具における単
一硬質層を形成するには、アーク放電式イオンプレーテ
ィング法、マグネトロンスパッタリング法などにより成
形することができる。アーク放電式イオンプレーティン
グ法により単一硬質層を形成するには、まず真空装置内
のTiとSiの混合物のターゲット上にアーク放電を発
生させ、TiとSiを蒸発イオン化させる。同時に非金
属ガス(窒素ガスおよび炭化水素ガス)を装置内に導入
し、負の基板電圧をかけた切削工具基板上に(Ti1-x
Six )(C1-y y z [ただし、0.01≦x≦0.45、
0.01≦y≦1.0、0.5 ≦z≦1.34]からなる単一硬質層
を形成する。TiとSiの比率はターゲットのTi/S
i比率を、またメタル/ガス成分の比率はメタル蒸発量
/ガス導入量を調節したり、基板電圧を変化させること
により制御する。
【0008】マグネトロンスパッタリング法により単一
硬質層を形成するには、まず真空装置内のTiとSiの
混合物のターゲットを試料を挾んで対向させる。つぎに
非金属ガス(窒素ガスおよび炭化水素ガス)を装置内に
導入し、対向ターゲット間にグロー放電をさせる。Ti
とSiをスパッタリングイオン化させることにより負の
基板電圧をかけた切削工具基板上に(Ti1-x Six
(C1-y y z [ただし、0.01≦x≦0.45、0.01≦y
≦1.0 、0.5 ≦z≦1.34]からなる単一硬質層を形成す
る。TiとSiの比率はターゲットのTi/Si比率
を、またメタル/ガス成分の比率はメタル蒸発量/ガス
導入量を調節したり、基板電圧を変化させることにより
制御する。
【0009】
【実施例】つぎに、この発明の硬質層被覆切削工具を実
施例に基づいて具体的に説明する。 実施例1 ISO規格P30相当、SNGA120408の形状を
有するWC基WC基超硬合金製チップおよび表1に示さ
れる比率のTiとSiの混合物ターゲットおよびTiタ
ーゲットを用意した。
【0010】このWC基超硬合金製チップを通常のイオ
ンプレーティング装置内の上方に装着し、一方、前記イ
オンプレーティング装置内の下方には、表1に示される
比率のTiとSiの混合物ターゲットを装着し、かかる
状態で前記イオンプレーティング装置内を排気して1×
10-5Torrの真空に保持し、昇温速度:6℃/mi
n.で700℃に昇温させ、つづいて、この温度に保持
しながら、5×10-2TorrのArガス雰囲気に保持
してイオンクリーニングした。
【0011】その後、表1に示される比率のTiとSi
の混合物ターゲット上にアーク放電を発生させてTiと
Siを加熱蒸発させイオン化させるとともに、供給口よ
り表1に示される比率の窒素ガスおよびアセチレンガス
を導入し、表1に示される負の基板電圧をかけることに
より、前記WC基超硬合金製チップを基体表面に表2に
示される膜厚を有しさらに表2に示されるx、yおよび
zの値を有する(Ti1-x Six )(C1-y y z
一硬質層を被覆した本発明被覆チップ1〜10、比較被
覆チップ1〜7および従来被覆チップ1を作製した。前
記(Ti1-x Six )(C1-y y z 単一硬質層にお
けるx、yおよびzの値はEPMAにて分析して求め
た。
【0012】これら本発明被覆チップ1〜10、比較被
覆チップ1〜7および従来被覆チップ1を用いて、下記
の条件の連続乾式切削試験を実施した。 連続乾式切削試験条件 被削材:JIS規格SNCM439(ブリネル硬さ:2
50)の丸材、 切削速度:250m/min、 送り:0.3mm/rev.、 切込み:2.0mm、 の条件で連続乾式切削し、切刃の逃げ面の最大摩耗幅が
0.3mmになったところを寿命とし、寿命に至る時間
(分)および摩耗形態を測定し、それらの測定結果を表
2に示した。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】表2に示される結果から、本発明被覆チッ
プ1〜10は比較被覆チップ1〜7および従来被覆チッ
プ1に比べて切削特性が優れていることが分かる。
【0016】実施例2 TiCN−12%WC−8%Co−8%MoC−7%N
i−5%TaCの組成を有し、ISO規格SNGA12
0408の形状を有するTiCN基サーメット製チップ
および表3に示される比率のTiとSiの混合物ターゲ
ットおよびTiターゲットを用意した。
【0017】このTiCN基サーメット製チップ製チッ
プを通常のイオンプレーティング装置内の上方に装着
し、一方、前記イオンプレーティング装置内の下方に
は、表3に示される比率のTiとSiの混合物ターゲッ
トを装着し、かかる状態で前記イオンプレーティング装
置内を排気して1×10-5Torrの真空に保持し、昇
温速度:6℃/min.で700℃に昇温させ、つづい
て、この温度に保持しながら、5×10-2TorrのA
rガス雰囲気に保持してイオンクリーニングした。
【0018】その後、表3に示される比率のTiとSi
の混合物ターゲット上にアーク放電を発生させてTiと
Siを加熱蒸発させイオン化させるとともに、供給口よ
り表3に示される比率の窒素ガスおよびアセチレンガス
を導入し、表3に示される負の基板電圧をかけることに
より、前記TiCN基サーメット製チップを基体表面に
表4に示される膜厚を有しさらに表4に示されるx、y
およびzの値を有する(Ti1-x Six )(C
1-y y z 単一硬質層を被覆した本発明被覆チップ1
1〜20、比較被覆チップ8〜14および従来被覆チッ
プ2を作製した。前記(Ti1-x Six )(C
1-y y z 単一硬質層におけるx、yおよびzの値は
EPMAにて分析して求めた。
【0019】これら本発明被覆チップ11〜20、比較
被覆チップ8〜14および従来被覆チップ2を用いて、
下記の条件の連続乾式切削試験を実施した。
【0020】連続乾式切削試験条件 被削材:JIS規格SNCM439(ブリネル硬さ:2
50)の丸材、 切削速度:300m/min、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:2.0mm、 の条件で連続乾式切削し、切刃の逃げ面の最大摩耗幅が
0.3mmになったところを寿命とし、寿命に至る時間
(分)および摩耗形態を測定し、それらの測定結果を表
4に示した。
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】表4に示される結果から、本発明被覆チッ
プ11〜20は、比較被覆チップ8〜14および従来被
覆チップ2に比べて切削性能が優れていることが分か
る。
【0024】
【発明の効果】前記実施例1〜2に示される結果から、
この発明の硬質層被覆切削工具は、従来の硬質層被覆切
削工具に比べて一層優れた性能を有し、工業上優れた効
果をもたらすものである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 WC基超硬合金基体表面に、アーク放電
    式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタ
    リング法により形成された(Ti1-x Six)(C1-y
    y z [ただし、0.01≦x≦0.45、0.01≦y≦1.0 、
    0.5 ≦z≦1.34]からなる組成のTiとSiの複合炭窒
    化物単一硬質層あるいは複合窒化物単一硬質層を被覆し
    てなることを特徴とする硬質層被覆切削工具。
  2. 【請求項2】 TiCN基サーメット基体表面に、アー
    ク放電式イオンプレーティング法またはマグネトロンス
    パッタリング法により形成された(Ti1-xSix
    (C1-y y z [ただし、0.01≦x≦0.45、0.01≦y
    ≦1.0 、0.5 ≦z≦1.34]からなる組成のTiとSiの
    複合炭窒化物単一硬質層あるいは複合窒化物単一硬質層
    を被覆してなることを特徴とする硬質層被覆切削工具。
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