JP4457870B2 - 難削材の高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削チップ - Google Patents
難削材の高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削チップ Download PDFInfo
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いる。
被覆c−BN基焼結切削チップの切削チップ本体を、質量%で(以下、%は質量%を示す)、
窒化チタン(以下、TiNで示す):31〜36%、
炭窒化チタン(以下、TiCNで示す):10〜15%、
TiとAlの金属間化合物(以下、Ti−Al化合物で示す):1〜5%、
TiとAlの複合窒化物[以下、(Ti,Al)Nで示す]:2〜6%、
炭化タングステン(以下、WCで示す):1.5〜6.5%、
立方晶窒化ほう素(以下、c−BNで示す):残り(ただし、41〜47%含有)、
からなる配合組成を有する圧粉体の超高圧焼結材料にして、走査型電子顕微鏡による組織観察で、分散相を形成するc−BN相と連続相を形成するTiCN相との界面に、ほう化チタン(TiB2)やほう化タングステン(WB)などの超高圧焼結反応生成物が介在した組織を有するc−BN基焼結材料に特定すると共に、これの表面に、蒸着形成される表面被覆層を
組成式:(Ti1−XSiX)N、(ただし、Xは、原子比で0.01〜0.05)、
を満足するTiとSiの複合窒化物[以下、(Ti,Si)Nで示す]層に特定すると、この結果の被覆c−BN基焼結切削チップは、特に軟質にして高粘性であるために、切削に際しては一段と高い熱発生および応力発生を伴う軟鋼やステンレス鋼などの難削材の高速切削に用いた場合にも、表面被覆層と切削チップ本体とが切削時に発生する高熱による高温加熱環境に相互に適合し合い、内部応力の発生も著しく抑制されることから、切刃部におけるチッピング発生が皆無となり、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようになる、という研究結果を得たのである。
TiN:31〜36%、
TiCN:10〜15%、
Ti−Al化合物:1〜5%、
(Ti,Al)N:2〜6%、
WC:1.5〜6.5%、
c−BN:残り(ただし、41〜47%含有)、
からなる配合組成を有する圧粉体の超高圧焼結材料で構成され、かつ、走査型電子顕微鏡による組織観察で、分散相を形成するc−BN相と連続相を形成するTiCN相との界面に超高圧焼結反応生成物が介在した組織を有する切削チップ本体の表面に、
組成式:(Ti1−XSiX)N、(ただし、Xは、原子比で0.01〜0.05)、
を満足する(Ti,Si)N層からなる表面被覆層を1〜8μmの平均層厚で蒸着形成してなる、難削材の高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する被覆c−BN基焼結切削チップに特徴を有するものである。
(A)切削チップ本体のc−BN基焼結材料の配合組成
(a)TiNおよびTiCN
これらの成分には、焼結性を向上させると共に、焼結時に相互に固溶し、炭素(C)成分に対して相対的に窒素(N)成分の含有割合の高いTiCN相からなる連続相を形成してチップ強度を向上させる作用があるが、その配合割合がTiNおよびTiCNのいずれかでも、TiN:31%未満、TiCN:10%未満になると、所望の高強度を確保することができず、一方その配合割合がTiNおよびTiCNのいずれかでも、TiNにあっては36%、TiCNにあっては15%を越えると硬さが急激に低下し、摩耗促進の原因となることから、その配合割合をTiN:31〜36%、TiCN:10〜15%と定めた。
これらの成分には、その主体が焼結時にc−BN粉末の表面と優先的に反応して、TiB2やWBなどの超高圧焼結反応生成物を形成し、分散相であるc−BN相と上記の連続相であるTiCN相の界面に介在して、前記c−BN相(分散相)とTiCN相(連続相)の密着接合性を著しく向上させ、もって耐摩耗性向上に寄与する作用があるが、これら成分のうちのいずれの成分の配合割合が上記の範囲から少ない方に外れても、前記分散相と連続相の間に強固な密着接合性を確保することができず、一方これら成分のうちのいずれの成分の配合割合でも上記の範囲から多い方に外れると、チップ自体の強度に低下傾向が現れるようになることから、Ti−Al化合物、(Ti,Al)N、およびWCの上記の配合割合を、それぞれTi−Al化合物:1〜5%、(Ti,Al)N:2〜6%、WC:1.5〜6.5%、と定めた。
分散相を構成するc−BNは、きわめて硬質で、これによって耐摩耗性の向上が図られるが、その配合割合が41%未満では所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その配合割合が47%を越えると、c−BN基焼結材料自体の焼結性が低下し、所定の強度を確保することができなくなることから、その配合割合を41〜47%と定めた。
表面被覆層は、これを構成する(Ti,Si)NにおけるTi成分が高温強度を向上させ、一方Si成分は高温硬さおよび耐熱性を向上させ、もって高速切削時に発生する高熱による高温加熱環境における表面被覆層の熱膨張や硬さ変化などを切削チップ本体のそれと相互に適合させて、切削チップにおける内部応力の発生を著しく抑制せしめる性質を有するが、Siの含有割合を示すX値がTiとの合量に占める割合(原子比)で0.01未満でも、また同0.05を越えても、表面被覆層と切削チップ本体との間の適合性がずれるようになり、チッピング発生の原因となることから、X値を0.01〜0.05と定めた。
被削材:JIS・S10Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:800m/min、
切り込み:1.0mm、
送り:0.3mm/rev、
切削時間:5分、
の条件での軟鋼の乾式断続高速切削試験(通常の切削速度は500m/min)、および、
被削材:JIS・SUS304の丸棒、
切削速度:450m/min、
切り込み:0.4mm、
送り:0.2mm/rev、
切削時間:5分、
の条件でのステンレス鋼の乾式連続高速切削試験(通常の切削速度は300m/min)、を行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表2,3に示した。
Claims (1)
- 窒化チタン:31〜36%、
炭窒化チタン:10〜15%、
TiとAlの金属間化合物:1〜5%、
TiとAlの複合窒化物:2〜6%、
炭化タングステン:1.5〜6.5%、
立方晶窒化ほう素:残り(ただし、41〜47%含有)、
からなる配合組成(以上、%は質量%を示す)を有する圧粉体の超高圧焼結材料で構成され、かつ、走査型電子顕微鏡による組織観察で、分散相を形成する立方晶窒化ほう素相と連続相を形成する炭窒化チタン相との界面に超高圧焼結反応生成物が介在した組織を有する切削チップ本体の表面に、
組成式:(Ti1−XSiX)N、(ただし、Xは、原子比で0.01〜0.05)、
を満足するTiとSiの複合窒化物層からなる表面被覆層を1〜8μmの平均層厚で蒸着形成してなる、難削材の高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削チップ。
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JP2004341527A JP4457870B2 (ja) | 2004-11-26 | 2004-11-26 | 難削材の高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削チップ |
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