JP4849234B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4849234B2 JP4849234B2 JP2006232693A JP2006232693A JP4849234B2 JP 4849234 B2 JP4849234 B2 JP 4849234B2 JP 2006232693 A JP2006232693 A JP 2006232693A JP 2006232693 A JP2006232693 A JP 2006232693A JP 4849234 B2 JP4849234 B2 JP 4849234B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- phase
- cutting
- hard coating
- coating layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
(a)下部層が、Tiの炭化物(以下、TiCで示す)層、窒化物(以下、同じくTiNで示す)層、炭窒化物(以下、TiCNで示す)層、炭酸化物(以下、TiCOで示す)層、および炭窒酸化物(以下、TiCNOで示す)層のうちの1層または2層以上からなり、かつ3〜20μmの合計平均層厚を有するTi化合物層、
(b)上部層が、1〜20μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層(以下、Al2O3層で示す)、
以上(a)および(b)で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具が知られており、この被覆工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることは良く知られている。
上記の従来被覆工具の硬質被覆層を構成するTi化合物層の一つである粒状結晶組織を有するTiC層は、一般に、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成(容量%):TiCl4:2〜5%、CH4:4〜20%、H2:残り
反応雰囲気温度:980〜1100℃、
反応雰囲気圧力:6〜50kPa、
の条件(以下、通常条件という)で形成されるが、
(a)同じく通常の化学蒸着装置を用い、
反応ガス組成(容量%):TiCl4:2〜5%、CrCl3:4〜10%、
CH4:4〜20%、Ar:5〜15%、H2:残り、
反応雰囲気温度:1000〜1050℃、
反応雰囲気圧力:5〜25kPa、
の条件、すなわち、上記通常条件と比較すると、反応ガス組成を調整して上記通常条件の反応ガス組成とは異なった反応ガス組成とした条件(反応雰囲気の温度および圧力は上記通常条件とほぼ同じ)で蒸着層を形成すると、この結果形成された化学蒸着層は、立方晶構造のTiリッチなTiCr複合炭化物相(以下、「(Ti,Cr)C相」で示す)をマトリックスとし、該マトリックス中に、斜方晶構造のCrリッチなCrTi複合炭化物相(以下、「(Cr,Ti)C相」で示す)が10〜40面積%の割合で分散分布する、(Ti,Cr)C相と(Cr,Ti)C相の混合相組織層(以下、「(Ti:Cr)C層」で示す)であること。
以上(a)、(b)に示される研究結果を得たのである。
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
(a)下地層として、0.1〜2μmの層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−XCrX)C(但し、Xは原子比で0.05〜0.30)
を満足する立方晶のTiCr複合炭化物相をマトリックスとし、該マトリックス中に、斜方晶のCrリッチなCrTi複合炭化物相が10〜40面積%の割合で分散分布する、立方晶のTiCr複合炭化物と斜方晶のCrリッチなCrTi複合炭化物相の混合相組織層、
(b)下部層として、3〜20μmの合計平均層厚を有する、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上からなるTi化合物層、
(c)上部層として、1〜20μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
上記(a)〜(c)からなる硬質被覆層を蒸着形成したことを特徴とする硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具(被覆工具)に特徴を有するものである。
(Ti:Cr)C層からなる下地層は、工具基体に対して非常に優れた密着性を有し、工具基体と下地層間の接合強度は格段に向上するとともに、また、下部層との密着性もすぐれているため、下地層と下部層との接合強度も大幅に向上する。
すでに述べたように、上記(Ti:Cr)C層は、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成(容量%):TiCl4:2〜5%、CrCl3:4〜10%、
CH4:4〜20%、Ar:5〜15%、H2:残り、
反応雰囲気温度:1000〜1050℃、
反応雰囲気圧力:5〜25kPa、
の条件で化学蒸着することにより形成することができる。
そして、上記条件で蒸着形成された(Ti:Cr)C層は、10〜40面積%のCrリッチな斜方晶構造の(Cr,Ti)C相が、Tiリッチな立方晶構造の(Ti,Cr)C相からなるマトリックス中に分散分布した、TiCr複合炭化物相とCrTi複合炭化物相の混合相組織を有している。
より具体的には、(Ti:Cr)C層のマトリックスを構成するTiリッチな立方晶構造の(Ti,Cr)C相は、これを、
組成式:(Ti1−XCrX)C
で表すと、Xの値(但し、原子比)が、0.05≦X≦0.30を満足する立方晶構造のTiとCrとの複合炭化物相である。
また、上記(Ti,Cr)C相からなるマトリックス中に分散分布するCrリッチな斜方晶構造の(Cr,Ti)C相は、これを組成式で表現した場合、
組成式:(CrYTi1−Y)3C2(但し、Yは原子比で、0.55≦Y≦0.8)、および/または、
組成式:(CrZTi1−Z)7C3(但し、Zは原子比で0.85≦Z≦0.95)
を主体とする斜方晶構造のCrとTiとの複合炭化物相である。
しかし、前記(a)の蒸着条件を外れた条件で蒸着を行うと、上記組成式(Ti1−XCrX)Cにおいて、(Ti,Cr)C相のCr含有割合を示すX値が5原子%未満のもの、あるいは、X値が30原子%を超えるものとなるばかりか、組成式:(CrYTi1−Y)3C2および/または組成式:(CrZTi1−Z)7C3においても、Y値は、55原子%未満あるいは80原子%を超えたもの、Z値は、85原子%未満あるいは95原子%を超えたものとなり、さらに、(Cr,Ti)C相の分散分布割合も、10面積%未満あるいは40面積%を超えたものとなり、そして、X値が5原子%未満、Y値が55原子%未満、Z値が85原子%未満あるいは(Cr,Ti)C相の分散分布割合が10面積%未満の場合には、下地層((Ti:Cr)C層)と工具基体間の密着性改善効果が期待できず、また、下地層と工具基体間の接合強度の改善も望めず、一方、X値、Y値、Z値がそれぞれ、30原子%、80原子%、95原子%を超えた場合、あるいは、(Cr,Ti)C相の分散分布割合が40面積%を超えた場合には、分散分布する(Cr,Ti)C相の粗大化、相形態の変化による脆化、マトリックス相−分散相界面の脆化等により、下地層である(Ti:Cr)C層自体が脆弱化し、また、工具基体あるいは下部層との密着性、接合強度も劣化させる。
したがって、上記組成式におけるX値(原子比)を0.05〜0.30、Y値(原子比)を0.55〜0.8、Z値(原子比)を0.8〜0.95と定め、さらに、(Cr,Ti)C相の分散分布割合も、10〜40面積%と定めた。
また、下地層((Ti:Cr)C層)は、その層厚が0.1μm未満では、工具基体と下部層間に介在して、硬質被覆層を工具基体へと密着接合させるという作用を期待することはできず、一方、層厚が2μmを超えると、例えば、高速切削における高送りや高切り込みのような高速重切削という厳しい切削条件では、チッピングを発生しやすくなることから、下地層の層厚は0.1〜2μmと定めた。
Ti化合物層は、基本的には上部層のAl2O3層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層が高温強度を具備するようにするほか、下地層とAl2O3層のいずれにも強固に密着し、硬質被覆層全体としての高温強度の維持に寄与する作用を有するが、その平均層厚が3μm未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が20μmを越えると、特に高熱発生を伴う高速重切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その平均層厚を3〜20μmと定めた。
Al2O3層は、それ自身の有するすぐれた高温硬さと耐熱性により、硬質被覆層にすぐれた耐摩耗性を付与せしめるが、その平均層厚が1μm未満では、前記特性を十分に発揮することができず、一方、平均層厚が20μmを超えると、高速重切削条件下では、切刃部にチッピングを発生しやすくなることから、その平均層厚を1〜20μmと定めた。
なお、Al2O3の代表的な結晶構造として、特にすぐれた高温硬さと耐熱性を備えるα型−Al2O3の他、これに比べて相対的に高温硬さは低いが、高温強度が高いκ型−Al2O3等があるが、この発明では、Al2O3層の結晶構造については特に規定せず、α型−Al2O3層とκ型−Al2O3層のいずれをも用いることができる。
(a)まず、表3に示される条件(下地層(1)〜(6))にて、表4、5に示される目標層厚の(Ti:Cr)C層を硬質被覆層の下地層として蒸着形成し、
(b)ついで、同じく表3に示される条件にて、表4、5に示される組合せ、目標層厚で、下部層(1)〜(4)、上部層(1)〜(3)を蒸着形成することにより本発明被覆工具1〜13をそれぞれ製造した。
なお、表3中の下部層(4)の縦長TiCNは、特開平6−8010号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつTiCN層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである。
[切削条件A]
被削材: JIS・FC250(引張強度255MPa)の丸棒 、
切削速度: 320 m/min.、
切り込み: 2.5 mm、
送り: 0.75 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件で、鋳鉄の湿式高速連続高送り切削試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ230m/min.、0.4mm/rev.)。
[切削条件B]
被削材: JIS・SCM420H(HB180)の丸棒 、
切削速度: 300 m/min.、
切り込み: 7 mm、
送り: 0.25 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件で、合金鋼の乾式高速連続高切り込み切削試験(通常の切削速度および切り込みは、それぞれ200m/min.、3mm)。
[切削条件C]
被削材: JIS・SS40C(HB150)の丸棒 、
切削速度: 310 m/min.、
切り込み: 7 mm、
送り: 0.2 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件で、軟鋼の乾式高速連続高切り込み切削試験(通常の切削速度および切り込みは、それぞれ200m/min.、3mm)。
上記切削条件A〜Cの切削試験における切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表9に示した。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
(a)下地層として、0.1〜2μmの層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−XCrX)C(但し、Xは原子比で0.05〜0.30)
を満足する立方晶のTiCr複合炭化物相をマトリックスとし、該マトリックス中に、斜方晶のCrリッチなCrTi複合炭化物相が10〜40面積%の割合で分散分布する、立方晶のTiCr複合炭化物と斜方晶のCrリッチなCrTi複合炭化物相の混合相組織層、
(b)下部層として、3〜20μmの合計平均層厚を有する、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上からなるTi化合物層、
(c)上部層として、1〜20μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
上記(a)〜(c)からなる硬質被覆層を蒸着形成したことを特徴とする硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006232693A JP4849234B2 (ja) | 2006-08-29 | 2006-08-29 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006232693A JP4849234B2 (ja) | 2006-08-29 | 2006-08-29 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008055526A JP2008055526A (ja) | 2008-03-13 |
JP4849234B2 true JP4849234B2 (ja) | 2012-01-11 |
Family
ID=39238878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006232693A Expired - Fee Related JP4849234B2 (ja) | 2006-08-29 | 2006-08-29 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4849234B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6565092B1 (ja) | 2018-03-22 | 2019-08-28 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
CN111902229B (zh) | 2018-03-22 | 2023-02-21 | 住友电工硬质合金株式会社 | 表面被覆切削工具及其制造方法 |
US11311945B2 (en) | 2018-03-22 | 2022-04-26 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool and method for manufacturing same |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04297568A (ja) * | 1991-03-27 | 1992-10-21 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆部材及び皮膜形成方法 |
JP2002129306A (ja) * | 2000-10-25 | 2002-05-09 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 分散強化された複合硬質膜およびこれを被覆した工具 |
-
2006
- 2006-08-29 JP JP2006232693A patent/JP4849234B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008055526A (ja) | 2008-03-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2009006426A (ja) | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4716250B2 (ja) | 高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP4849234B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5003308B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5170828B2 (ja) | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5023896B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP4863071B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2008080476A (ja) | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5023897B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP4849233B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5088476B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2006289546A (ja) | 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP4474644B2 (ja) | 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP5170829B2 (ja) | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4867572B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5170830B2 (ja) | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5088481B2 (ja) | 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4235904B2 (ja) | 高速切削で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4193053B2 (ja) | 重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP2013166226A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2010207930A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5569739B2 (ja) | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
JP4857950B2 (ja) | 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性および耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP5928806B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5928807B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090331 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110915 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110921 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111004 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4849234 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141028 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |