JPH0326404A

JPH0326404A - 被覆切削工具

Info

Publication number: JPH0326404A
Application number: JP15637289A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Nagato; 永戸　栄男
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1991-02-05
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: JP2876132B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は表面に硬￥ｔ膜が形或された切削工具の改良に
関する。

（従来技＃ｆ）従来、切削工具としては、サーメット、超硬合金、ある
いはセラミック等が主として使用されているが、近年に
至り、これらを母材としてその表面に化学気相成長（Ｃ
ＶＯ）等によって耐摩耗性に優れた硬質膜を形成したい
わゆる被覆切削工具が知られている。通常、この硬質膜
には周期律表第４８族、第５８族あるいは第６８族の炭
化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸窒
化物あるいはＡＩの酸化物、酸窒化物から選ばれる１種
または２種以上の単層あるいは複層が用いられている。

特に、チタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物は高
硬度で優れた材料として注目され、最も汎用されている
。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、このＴｉ化合物からなる硬質膜は硬度が高く、
耐摩耗性には優れるものの、著しく靭性が低いために硬
質膜自体にクラック、割れが生じ易かった。よって、被
覆切削工具では、これら被膜に生じたクランク、割れ等
が切り欠きとなり被覆切削工具全体としても、未被覆切
削工具と比べ著しく靭性、耐欠損性が劣化するという欠
点を有していた。

（発明の目的）本発明は、−Ｅ述の問題点を解決することを主たる１“
１的とするもので、耐摩耗性を劣化させることなく、耐
欠損性に優れた長寿命の被覆切削エ具を提イ共ずること
を目的とする。

（問題点を解決するための１段）本発明者は上記問題点に対し研究を重ねたところ、ｊη
一材上に配向した！Ｊｌ織を含むＴｉ化合物を形成した
切削Ｔ具は、Ｖ白体の靭性が大きく向上１，、Ｔｉ化合
物の耐摩耗件を撰ｔｃうことなく、耐欠損性が向上ずる
という知見を得た。即ら、本発明ばサーメ，１・、超硬
合金、窒化珪素質材料等の高強度＋Ａ料として知られた
｛４料を１９：材としてこの母材表面にＸ線回折におけ
る（２００）面のピーク強度をＩ（２００）　、（２２
０）面のピーク強度を！　（２２０）と１〜た時に次式
（１）Ｉ　Ａ　＝　　Ｉ　（２２０）／　Ｉ　（２００）　　
・　・　・（１）で表されるＩＡ値が０，８乃至１５．
０の範囲にあるＴｉの炭化物、窒化物あるいは炭窒化物
から或る硬質膜を設けたことを特徴とするものである。

−・般に、化学気相成長法（ＣνＤ法）によってＴｉの
炭化物、窒化物、炭窒化物を形或させる場合、まず母材
表面に核が発生ｔ７、これら核からさらに威長して最終
的に膜が生成されるが、この成長過程にお０る反応条件
によっていわゆる結晶配向が伴って成長してなる柱状品
（第１図参照）ど配向ずることなくランダｌ、状に成長
１，てなる粒状品（第２図参照）のほぼ２Ｊｄｉ類の結
晶組織構造が生成される。このうち被覆切削工具におけ
るＴｉ化合物被膜の！Ｉｌ織構造は一般には後者が用い
られる。よって、膜の配同度を示すＸ線回折における前
記式（ｌ）のＩＡ｛ＩＩＸもＯ．５乃至０　．　６と小
さい値を示すが、柱状品結晶は配向しているために１，
値は３０乃至５０の大きな値を示す．これに対１，、本
発明は前記式のＩＡで表されるピーク比が０．８乃至ｌ
５，０の範囲で配向された＆ｌ１織からなるＴｉ化合物
の膜を形戒するものである。

このような前記■１値を有するＴｉ化合物の膜を生成さ
せるためには前述した２種類の結晶、即ち柱状品結晶と
粒状品結晶とが混在した組織構造となし、それらの結晶
の生成の比率を調整することによって＋ｉＨＩ記式（１
）の値を０．８乃至１５，０の範囲に設定することがで
きる。

このような２種類の結晶が混在した組織構造の膜を得る
ためには、まず基板上に先に第工図に示したような柱状
品組織の結晶を生成させて、次いで第２図に示した粒状
品＆！１ｖａの結晶を生威させると、柱状品結晶中の間
隙に粒状品結晶が生威し最終的に第３図の電子−顕微鏡
写真に示すような２種の結晶が混在した組織のＴｉ化合
物膜が得られる。

なお、この２種の結晶構造をそれぞれ生成するための条
件としては基板温度、原Ｆ＋ガス濃度、炉内圧力という
基本条件の他に、原料ガスの種類、プラズマ状態や炉自
体の性質など各種要因により決定されるため、−概に限
定することは困難であるが、およそ次のようなことが言
える．通常粒状晶結晶が生成される条件に対して基板温
度については七胃、を、炉内圧力、原料ガス過飽和度に
ついては低｝゛させることによって柱状晶結晶構造が得
られる．これは前述した金属炭化物、窒化物、炭窒化物
等のいずれの場合においてもほぼ同様な傾向にあると言
える。

本発明の被覆切削工具において、上述したような前記Ｉ
Ａが特定の値をもつＴｉ化合物股は工具母材Ｌに単層と
して存在する他、複層構造の硬質改中の１つの層として
存在しても硬ＩＩＩ模内でのクラックの伝播をこのＴｉ
化合物層にて防ぐことができる。

本発明において用いられる王具母材としては、被覆切削
王具として従来から知られているいずれのものが採用さ
れ、例えばＷＣ−Ｃｏを主成分、あるいはＴＡＵ　，　
ＴｉＣＮ等を主成分とし、硬質相として周期律表第４８
族、第５ａ族あるいは第６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒
化物、炭酸化物、炭室酸化物を加えた超硬合金やサーメ
ッｌ・焼結体、窒化珪素に周期律表第３８族酸化物の他
にＭｇＯ　、ＡｌｚＯ：ｉ等を加えた窒化珪素質焼結体
等が採用されるが、これらの中でも超硬合金が燈材とし
て最も有効である。

一方、硬Ｍ膜はＴｉ化合物を含む他、Ｚｒ，　Ｈｆ等の
周朋律表第４８族、Ｔａ，　Ｎｂ、Ｖ等の第５８族ある
いはＣｒ等の第６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸
炭窒化物あるいはＡＩの酸化物、酸窒化物から選ばれる
１種または２種以上の単層あるいは複層から成り、これ
らのうち前述した混在組織層を形成し得るものとしては
ＡＩ化合物を除く他の立方晶構造の化合物が挙げられ、
これらの中でもＴｉｃ　，　ＴｉＮ、ＴｉＣＮおよびＴ
ｉＣＮＯが最も望ましく、前述したＡＩ化合物は最外層
として一般に形威される。

これら硬質膜は母村上に５乃至２０μ量の厚みで形成さ
れ、このうち混在組織層は２μ一以上の厚みで存在して
いることが望ましく、２μ麿を下回ると混在組織による
効果が充分に発揮されない。

以下、本発明を次の例で説明する．（実施例１）母材トＬ７ＩＳＯ　Ｐ３０（超硬合金製、型板ＣＮＭＧ
１２０４０８）を用い、公知のＣｖＤ法にて基板温度１
０００℃、Ｈ．：４５％、ＴｉＣ１ｎ：５％、Ｎｚ：５
０％、炉内圧力６０■ｂａｒの混合気流中で柱状晶Ｔｉ
Ｎ膜を６時間生成し、炉内圧力を８００ｍｂａｒに上昇
させ、柱状晶↑ｉＮの間隙に粒状晶ＴｉＮを析出させ、
膜厚１０ａｍの柱状晶組織と粒状品組織が混在した被膜
を形威した。

得られた被膜のＸ線回折測定を行い、ＩＡ値を算出した
ところ８．０であった。

また、上記のＣｖＤ条件において柱状晶ＴｉＮ膜および
粒状晶ＴｉＮ膜の生成時間を変え、■＾値の異なる数種
のサンプルを作威した．また、比較として、同一材種の母材に前述と同一条件で
柱状晶ＴｉＮのみの被膜（■＾＝３５）を１０μ鴎形成
したものおよび同様にして粒状晶ＴｉＮのみの被覆（■
＾＝０．５）を１０μ１形成したものを作成した．上記で得られたサンプルに対し、下記の条件で切削試験
を行った．〔摩耗テスト〕被削材切削速度送り切り込み時間ＳＣＭ　　４３５　　Ｒ１５０■／鵬ｉｎＯ．．３ｇ＋ｍ／ｒｅｖ２＠鳳ｌ５分上記条件で切削後フランク摩耗量を測定した．〔耐欠損
テスト〕被削材　　ＳＣＭ　４３５　（１０厘箇幅の溝が４本入
ったもの）切削達度　８０■／ｓｈｉｎ送り　　　　０．３ｍｍ／ｒｅｖ切り込み　３■ 衝撃回数　約５００回上記条件で切削後、各サンプル（それぞれ３０個）につ
いて欠損した割合（欠損率）を求めた。

結果は第１表Ｎｏｌ乃至６に示す。

（実施例２）実施例ｌと同一の工具母材およびＣＶＤ法を用いて基板
温度１１５０゜ＣでＨｚ：９２％、ＴｉＣｌ４：４％、
ＣＨ．：　４％、炉内圧力６０ｍｂａｒの混合気流中で
柱状晶ＴｉＣ膜を４時間生成し、ついで基板温度を１０
２０”Ｃに低下させ、柱状晶ＴｉＣの間隙に粒状晶Ｔｉ
Ｃを析出させ、膜厚１０μ一の柱状晶組織と粒状晶組織
が混在した被膜を形成した。なお、この膜のＩＡ値はｌ
．５であった．また、各生成時間を変え、１＾値の異な
る数種のサンプルを作成した。

また、比較として、同一材種の母材に前述と同一条件で
柱状品ＴｉＣのみの被膜（　Ｉ　Ａ　＝３５）を１０μ
麿形威したものおよび同様にして粒状晶ＴｉＣのみの被
覆（ｌ＾＝０．６）をｌＯμ會形威したものを作威した
。

これらを実施例ｌと同様に摩耗テスト、耐欠損テストを
行い、その結果を第ｌ表Ｎｏ７乃至ｌ１に示した。

（実施例３）実施例１と同一の工具母材およびＣＶＤ法を用いて基板
温度ｌ０５０℃でＨｚ：５１％、ＴｉＣＩ．：５％、Ｃ
１１４：　４％、Ｉｂ：４０％、炉内圧力５０ｍｂａｒ
の混合気流中で柱状晶ＴｉＣＮ膜を４時間生成し、つい
で炉内圧力を９００ｍｂａｒに高め、柱状晶ＴｉＣＮの
間隙に粒状晶ＴｉＣＮを析出させ、膜厚１０μ■の柱状
晶組織と粒状晶組織が混在した被膜を形威した。なお、
この膜のＩＡ値は１０であった。また、各生戒時間を変
え、ＩＡ値の異なる数種のザンブルを作成した。また比
較としで、同−材種の母材に前述と同一条件で打状晶Ｔ
ｉＣＮのみの被１漠（ＩＡ＝２８）を１０μ員形成した
もの、および同様１、こして粒状晶ＴｉＣＮのみの被濯
（■八＝０．５）をｌＯＩＩＩＩｌ形成したものを作或
した。

、−これらを実施例ｌと同様に摩耗ケ・ス１・および耐
欠Ｉｉｊテス１・を行い、結果を第ｌ表Ｎ（１１２乃至
ｌ６εこ示した。

（以ド余白）第１表注ｌ）＊印は本発明の範囲外の試Ｉ′４を示す。

第１表の結果から明らかなように、ＩＡ値が０５６を下
同る従来のＮｏｌ、７、１２はいずれも耐摩耗性は良好
であるが欠損率が大きく、ＩＡ値が１５を超えるＮｏ６
、１１．　１６では柱状品が過剰に７ｔ在し、逆に摩耗
闇が大きいのに対し、ＩＡ値が１）．８乃至１５の範囲
に設定された本発明の試料はいずれも高い耐摩耗性を有
しつつ優れた耐欠ＩＮ性を示した。

特にＩＡ値が２，０乃至１１の範囲のものはさらに優れ
た特性を示した。

（発明の効果）以［詳述した通り、本発明によればＴｉ化合物からなる
硬質膜の配向度を特定ω範囲にするこ占によって硬質膜
の靭性を著し《向−Ｌさせることができ、被澹切削玉具
として耐岸耗性を劣化させることなく耐欠損性を改善す
ることができる。よってこれら玉具を用いることにより
切削の安定性、長寿命化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は柱状晶ＴｉＮ膜の組織構造を示す電子顕微鏡写
真、第２図は粒状晶ＴｉＮ膜の組織構造を示ず電子顕微
鏡写真、第３図は柱状晶ＴｉＮと粒状晶ＴｉＮとが混在
１−た膜の組織構造を示す電子顕微鐙写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高強度材料から成る工具母材表面に少なくともチ
タンの炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれる少なくと
も１種から成る硬質膜を被覆してなる被覆切削工具にお
いて、該硬質膜のＸ線回折における（２００）面のピー
ク強度をＩ（２００）、（２２０）面のピーク強度をＩ
（２２０）とした時、次式Ｉ＿Ａ＝Ｉ（２２０）／Ｉ（
２００）で表されるＩ＿Ａ値が０．８乃至１５．０の範囲にある
ことを特徴とする被覆切削工具。