JPH0463605A - 被覆超硬質合金工具 - Google Patents
被覆超硬質合金工具Info
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- JPH0463605A JPH0463605A JP17427890A JP17427890A JPH0463605A JP H0463605 A JPH0463605 A JP H0463605A JP 17427890 A JP17427890 A JP 17427890A JP 17427890 A JP17427890 A JP 17427890A JP H0463605 A JPH0463605 A JP H0463605A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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。
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］
本発明は被覆超硬質合金工具の改良に関するものである
。詳細には、耐欠損性を向上した被覆超硬質合金工具の
応用範囲の拡大に関するものである。
。詳細には、耐欠損性を向上した被覆超硬質合金工具の
応用範囲の拡大に関するものである。
［従来の技術］
硬質相がＷＣｌ （ＷＴｉＴａ）Ｃ及びＣＯからなる超
硬質合金にＴ ｉ Ｃ，Ａ ｌ ２０３、ＴｉＣＮ、Ｔ
ｉＮ等を種々組み合わせた多層被覆工具は、その適用範
囲が広くかつ長寿命の切削工具、耐層工具等として実用
に供せられている。
硬質合金にＴ ｉ Ｃ，Ａ ｌ ２０３、ＴｉＣＮ、Ｔ
ｉＮ等を種々組み合わせた多層被覆工具は、その適用範
囲が広くかつ長寿命の切削工具、耐層工具等として実用
に供せられている。
その製造方法は主としてＣＶＤ法、ＰＶＤ法が用いられ
ているが、プロセス技術の進歩により様々な被覆方法も
とられている。
ているが、プロセス技術の進歩により様々な被覆方法も
とられている。
また、基体にはＪＩＳ Ｍ系層硬合金にＴｉＮを微量
添加した合金が広く用いられ、窒素の添加により、脱β
層等の表面改質が計れ、より靭性が向上している。従来
、耐摩耗性重視の用途にはＣＶＤ法によりＴ ｉ Ｃ−
Ａ １２０３等の多層被覆が使用され耐欠損性重視の用
途には強度の劣化が少ないＰＶＤ法によりＴｉＮを被覆
した工具が適用されている。
添加した合金が広く用いられ、窒素の添加により、脱β
層等の表面改質が計れ、より靭性が向上している。従来
、耐摩耗性重視の用途にはＣＶＤ法によりＴ ｉ Ｃ−
Ａ １２０３等の多層被覆が使用され耐欠損性重視の用
途には強度の劣化が少ないＰＶＤ法によりＴｉＮを被覆
した工具が適用されている。
［９１明が解決しようとする問題点〕
つぎに、超硬質合金の基体については、従来Ｍ２０〜Ｍ
３０相当の合金にＴｉＮ等の窒化物を添加し、表面近傍
に、いわゆる脱ベータ層を作り（基体表面から５〜５０
ミクロン程度をＷＣ−ＣＯ相とする）、皮膜から伝播す
るクラック等の伸展を阻害し、基体−皮膜の強度を高め
る方法が取られている。 （特開昭５４−８７１１９）
しかし、この方法では、 １）基体中に多量の窒化物を添加するため、焼結性が悪
くなり、欠陥が発生しやすくなる。
３０相当の合金にＴｉＮ等の窒化物を添加し、表面近傍
に、いわゆる脱ベータ層を作り（基体表面から５〜５０
ミクロン程度をＷＣ−ＣＯ相とする）、皮膜から伝播す
るクラック等の伸展を阻害し、基体−皮膜の強度を高め
る方法が取られている。 （特開昭５４−８７１１９）
しかし、この方法では、 １）基体中に多量の窒化物を添加するため、焼結性が悪
くなり、欠陥が発生しやすくなる。
２）皮膜最内層がＴｉＣ，ＴｉＮ等のＴｉ化合物であり
、接合部分が同種の材料でないため、密着強度が弱く、
特にＴｉＣの場合番辷はカーボンの移動による脱炭層が
生じやすい等の欠点がある。
、接合部分が同種の材料でないため、密着強度が弱く、
特にＴｉＣの場合番辷はカーボンの移動による脱炭層が
生じやすい等の欠点がある。
そのため、特開昭５４−８７１１９では、基体中にフリ
ーカーボンを０．０１〜０．５％程度含有させる等の対
策を講じている。
ーカーボンを０．０１〜０．５％程度含有させる等の対
策を講じている。
つぎに、皮膜について、その要因は数多くあり、用途に
より特長を持たせる事が可能である。そのため化学蒸着
法（ＣＶＤ）の特長を生かして、強度を優先する皮膜の
適用、すなわち、基体と皮膜間の脱炭層を少なくするた
めにはカーボンの総量を多くするよう選定し、かつ、皮
膜−皮膜間の密着性、微細化を確保するため１つの層を
薄くすることに効果がある。
より特長を持たせる事が可能である。そのため化学蒸着
法（ＣＶＤ）の特長を生かして、強度を優先する皮膜の
適用、すなわち、基体と皮膜間の脱炭層を少なくするた
めにはカーボンの総量を多くするよう選定し、かつ、皮
膜−皮膜間の密着性、微細化を確保するため１つの層を
薄くすることに効果がある。
ｃ問題点を解決するための手段］
そのため、本発明者らはＪＩＳ Ｍ系層硬合金におい
て脱ベータ層を前提とし、脆弱な脱炭層の生成の防止に
関して種々検討した結果、ＣＶＤ法でＴｉＣ皮膜を組み
合わせる基体表面近傍の結合相中に窒素を固溶している
と脱炭層の原因となるカーボンの移動が減少し脱炭層の
生成が著しく減少することを見いだした。そのため基体
との密着がよく、また、基体中にＣの含有量を内層にＴ
ｉＣを密着性が改善される程度組み合わせても、脱ベー
タ層による強度の向上と、脱炭層を減少する事が可能と
なり、総合的に重断続切削の衝撃によるチッピングや皮
膜の剥離に対し、十分な強度の被覆工具が得られた。
て脱ベータ層を前提とし、脆弱な脱炭層の生成の防止に
関して種々検討した結果、ＣＶＤ法でＴｉＣ皮膜を組み
合わせる基体表面近傍の結合相中に窒素を固溶している
と脱炭層の原因となるカーボンの移動が減少し脱炭層の
生成が著しく減少することを見いだした。そのため基体
との密着がよく、また、基体中にＣの含有量を内層にＴ
ｉＣを密着性が改善される程度組み合わせても、脱ベー
タ層による強度の向上と、脱炭層を減少する事が可能と
なり、総合的に重断続切削の衝撃によるチッピングや皮
膜の剥離に対し、十分な強度の被覆工具が得られた。
［作用］
以上のごとく、本発明は周期律表の４ａ、５ａ。
６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｆｅ
族、Ｃｒ族の１種以上よりなる超硬ｊｔ弊金合金゛を基
体とし、該基体表面に５〜５０ミクロンの脱ベータ層を
生成し、その基体上に １）内層としてＴｉＣ０，２〜５ミクロン２）外層とし
てＴｉＣ，ＴｉＮ、ＴｉＣＮまたはＡｌ２Ｏ３の１種ま
たは２種以上５〜１５ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具である。
族、Ｃｒ族の１種以上よりなる超硬ｊｔ弊金合金゛を基
体とし、該基体表面に５〜５０ミクロンの脱ベータ層を
生成し、その基体上に １）内層としてＴｉＣ０，２〜５ミクロン２）外層とし
てＴｉＣ，ＴｉＮ、ＴｉＣＮまたはＡｌ２Ｏ３の１種ま
たは２種以上５〜１５ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具である。
本発明による被覆工具の脱ベータ層、皮膜は以下の理由
により限定される。
により限定される。
１）脱ベータ層 ５〜５０ミクロン
脱ベータ層の厚さが５ミクロン未満では充分な強度を付
与することが出来ず、５０ミクロンをこえると耐摩耗性
（耐溶着性）が悪くなるため５〜５０ミクロンとした。
与することが出来ず、５０ミクロンをこえると耐摩耗性
（耐溶着性）が悪くなるため５〜５０ミクロンとした。
また、脱ベータ層を生成するためには窒化物を添加し、
その脱窒現象を応用した溶質移動により生成する方法が
一般的に行われているが、本発明では焼結時の雰囲気調
整を窒素雰囲気と浸炭性雰囲気を調整することにより結
合金属量をほぼ同量に保ちつつ生成する事ができる。ま
た、ＴｉＮでも十分生成出来るが、他の窒化物でも、例
えばＴａ、Ｎｂ等の５ａ族の窒化物、炭窒化物でもその
禄加量と窒素雰囲気調整により十分生成する事ができる
。
その脱窒現象を応用した溶質移動により生成する方法が
一般的に行われているが、本発明では焼結時の雰囲気調
整を窒素雰囲気と浸炭性雰囲気を調整することにより結
合金属量をほぼ同量に保ちつつ生成する事ができる。ま
た、ＴｉＮでも十分生成出来るが、他の窒化物でも、例
えばＴａ、Ｎｂ等の５ａ族の窒化物、炭窒化物でもその
禄加量と窒素雰囲気調整により十分生成する事ができる
。
２）内層 ＴｉＣ０，２〜５ミクロン
基体Ｗ Ｃ−Ｃｏ合金との密着性を保つためには０．２
ミクロン以上必要であり、また５ミクロンを越えると界
面に脱炭層を生じやすくなるため０．２〜５ミクロンと
した。
ミクロン以上必要であり、また５ミクロンを越えると界
面に脱炭層を生じやすくなるため０．２〜５ミクロンと
した。
３）外層 ＴｉＣ，ＴｉＮ、ＴｉＣＮまたはＡｌ２Ｏ
３の１種または２種以上 ５〜１５ミクロン 耐摩耗性を十分にもたせるため、５ミクロン以上必要で
あり、また１５ミクロンを越えると皮膜全体の厚さが厚
くなり剥離を生じやすくなるため、５〜１５ミクロンと
した。
３の１種または２種以上 ５〜１５ミクロン 耐摩耗性を十分にもたせるため、５ミクロン以上必要で
あり、また１５ミクロンを越えると皮膜全体の厚さが厚
くなり剥離を生じやすくなるため、５〜１５ミクロンと
した。
以下、本発明に関し具体的に説明する。
［実施例１］
市販のＷＣ粉末（平均粒度５．０μｍ） ＴｉＣ粉
末（同１．Ｏ，ｕｍ） ＴｉＮ粉末（同１゜０μｍ
）、ＴａＣ粉末（１，５，ｕｎ）及び結合相としてＣＯ
粒粉末使用して、一般に旋削用の基体に使用されるＪＩ
ＳＭ２０相当（組成８６ＷＣ−２ＴｉＣ−５ＴａＣ−７
Ｃｏ−０，２ＴｉＮ）になるように配合した。これらの
粉末をＮ量を変化させつつ配合し、混合絆了後、乾燥し
た債、プレス成形し、窒素雰囲気を調整した真空中１４
００℃でｌｈｒ焼結したのち、ＳＮＭＡ４３２の形状に
加工した。
末（同１．Ｏ，ｕｍ） ＴｉＮ粉末（同１゜０μｍ
）、ＴａＣ粉末（１，５，ｕｎ）及び結合相としてＣＯ
粒粉末使用して、一般に旋削用の基体に使用されるＪＩ
ＳＭ２０相当（組成８６ＷＣ−２ＴｉＣ−５ＴａＣ−７
Ｃｏ−０，２ＴｉＮ）になるように配合した。これらの
粉末をＮ量を変化させつつ配合し、混合絆了後、乾燥し
た債、プレス成形し、窒素雰囲気を調整した真空中１４
００℃でｌｈｒ焼結したのち、ＳＮＭＡ４３２の形状に
加工した。
このチップを研磨し脱ベータ層の厚さを測定した結果を
第１表に示す、Ｎ量が少ないと十分な脱ベータ層は生成
できずある程度以上の添加量が必要であり、また、添加
はＴｉＮとして実施し、雰囲気調整はＮガスを焼結途上
より導入した。
第１表に示す、Ｎ量が少ないと十分な脱ベータ層は生成
できずある程度以上の添加量が必要であり、また、添加
はＴｉＮとして実施し、雰囲気調整はＮガスを焼結途上
より導入した。
第１表
［実施例２］
実施例１と同様な粉末とＴｉＮ粉末（１，５μｍ）Ｎｂ
Ｎ粉宋（１，５μｍ）を使用して、液相発生温度以下に
おける焼結時の真空度、保持時間を変化させる事により
脱ベータ層の厚さを変化さＴａＮ、ＮｂＮ等の窒化物で
も添加量と雰囲気の調整により十分な厚さの脱ベータ層
が得られる。
Ｎ粉宋（１，５μｍ）を使用して、液相発生温度以下に
おける焼結時の真空度、保持時間を変化させる事により
脱ベータ層の厚さを変化さＴａＮ、ＮｂＮ等の窒化物で
も添加量と雰囲気の調整により十分な厚さの脱ベータ層
が得られる。
第２表
応じて様々な表面処理を実施した。ＴｉＣはＣｖＤ反応
炉中に設置し、Ｈ２ガスを流しながら、１０００℃まで
昇温しＴｉＣｌ４２％、ＣＨ４４％、Ｈ２残からなる混
合気体を流量了リッター／ ｍ ｌ ｎ圧力４０ｍｍＨ
ｇの条件で供給し０．２時間〜３時間反応させ基体上に
ＴｉＣを０．２〜６ミクロンの被覆層を形成させた。
炉中に設置し、Ｈ２ガスを流しながら、１０００℃まで
昇温しＴｉＣｌ４２％、ＣＨ４４％、Ｈ２残からなる混
合気体を流量了リッター／ ｍ ｌ ｎ圧力４０ｍｍＨ
ｇの条件で供給し０．２時間〜３時間反応させ基体上に
ＴｉＣを０．２〜６ミクロンの被覆層を形成させた。
制作した資料のｌＩ賀と膜厚を第１表に示す。
第１表
［実施例３］
実施例１．試料番号３で用いたＪＩＳ Ｍ３０相当の
超硬合金（脱ベータ層２５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に結果 ロ；チッピングを生じたもの ０；正常摩耗 そのチップの耐欠損性と、剥離性をＮｕするため、 フ
ライス工具での１枚方切削にて切削試験を実施した。
超硬合金（脱ベータ層２５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に結果 ロ；チッピングを生じたもの ０；正常摩耗 そのチップの耐欠損性と、剥離性をＮｕするため、 フ
ライス工具での１枚方切削にて切削試験を実施した。
ホルダー ダブルネガタイプ １枚方
チップ ＳＮＭＡ４３２
被削材 ＳＣＭ４４０ ）（Ｓ４５切削速度 ２
００ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ送り ０．３ｍｍ／刃 切り込み 約５ｍｍ 寿命判定 ５分切削債の損傷観察 切削後の損傷状態は、剥離によるもの、チッピングを生
じたもの、正常摩耗の３種類に分類できるが、その結果
を第３表に併記する。
００ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ送り ０．３ｍｍ／刃 切り込み 約５ｍｍ 寿命判定 ５分切削債の損傷観察 切削後の損傷状態は、剥離によるもの、チッピングを生
じたもの、正常摩耗の３種類に分類できるが、その結果
を第３表に併記する。
第３１！より内層ＴｉＣではある程度ｌくても剥離を生
じないが、ＴｉＣ層がない場合には剥離を生じた。しか
し、内層ＴｉＣが厚くなるにしたがい脱炭層の生成が多
くなる傾向にあった。
じないが、ＴｉＣ層がない場合には剥離を生じた。しか
し、内層ＴｉＣが厚くなるにしたがい脱炭層の生成が多
くなる傾向にあった。
【実施例４〕
実施例１、試料番号５で用いたＪＩＳ Ｍ３０相当の
超硬合金（脱ベータ層３５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に応じて様々な表
面処理資実施した。その層構造を第４表に示す。
超硬合金（脱ベータ層３５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に応じて様々な表
面処理資実施した。その層構造を第４表に示す。
第４表
＊ ： ３０ （７） 層？１１ 造！ｆ Ｔｉｃ−Ｔ
ｉＣＮ−１，５Ｉｔ Ａ１２０３−２．０ＴｉＮ−−１
，５μＡｌｚ０３ 切削試験の条件は構造用鋼丸棒の断続切削にて実施した
。漸統切ｍでは負荷が＊＊的に加わり、切削性能上重要
な耐チッピング性を確認した。
ｉＣＮ−１，５Ｉｔ Ａ１２０３−２．０ＴｉＮ−−１
，５μＡｌｚ０３ 切削試験の条件は構造用鋼丸棒の断続切削にて実施した
。漸統切ｍでは負荷が＊＊的に加わり、切削性能上重要
な耐チッピング性を確認した。
切削速度 ２００ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ送り ０
． ２ｍｍ／ｒｅ’ｖ 切込み ３．０ｍｍ 切削時間 ２ｍ１ｎ その結果、本発明のチップは皮膜の多層化に伴い、正常
な摩耗を示し、かつ、チッピングもながった。さらに耐
ＨＲ性を比軟するため同様な切削条件で継続して行った
。切削時ｒＩＲ１０分では各チップとも大差ないが、３
０分切削後の逃げ面最大摩耗量ではいずれも正常摩耗を
示し、多層化の効果がＷ認できた。
． ２ｍｍ／ｒｅ’ｖ 切込み ３．０ｍｍ 切削時間 ２ｍ１ｎ その結果、本発明のチップは皮膜の多層化に伴い、正常
な摩耗を示し、かつ、チッピングもながった。さらに耐
ＨＲ性を比軟するため同様な切削条件で継続して行った
。切削時ｒＩＲ１０分では各チップとも大差ないが、３
０分切削後の逃げ面最大摩耗量ではいずれも正常摩耗を
示し、多層化の効果がＷ認できた。
Ｃ発明の効果〕
本発明の被覆超硬質合金工具は皮膜内層ＴｉＣを生かし
た基体表面近傍の強度アップと、脱炭層の減少を達成し
、刃先強度を増し、耐チッピング性、耐摩耗性を向上さ
せたものであり、被覆工具の寿命安定性をまし、より適
用範囲を広げた工具である。
た基体表面近傍の強度アップと、脱炭層の減少を達成し
、刃先強度を増し、耐チッピング性、耐摩耗性を向上さ
せたものであり、被覆工具の寿命安定性をまし、より適
用範囲を広げた工具である。
Claims (5)
- １．周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族の炭化物、窒化物、
炭窒化物の１種以上と、Ｆｅ族、Ｃｒ族の１種以上より
なる超硬質合金を基体とし、該基体表面に５〜５０ミク
ロンの脱ベータ層を生成し、その基体上に １）内層としてＴｉＣ０．２〜５ミクロン ２）外層としてＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮまたはＡｌ＿
２Ｏ＿３の１種または２種以上５〜１５ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具。 - ２．特許請求の範囲第１項において、該基体表面に脱ベ
ータ層を生成するため、窒化物を含有させた事を特徴と
する超硬質合金工具。 - ３．特許請求の範囲第２項において、該基体表面の脱ベ
ータ層を生成するため、ＴｉＮをＮ量に換算して０．０
５〜０．５％含有してなることを特徴とする超硬質合金
工具。 - ４．特許請求の範囲第２項において、該基体表面の脱ベ
ータ層を生成するため、ＴａＮをＮ量に換算して０．１
〜１．０％含有してなることを特徴とする超硬質合金工
具。 - ５．特許請求の範囲第１項において、第３層の皮膜がＡ
ｌ＿２Ｏ＿３の複層から成る事を特徴とする超硬質合金
工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174278A JP2657236B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 被覆超硬質合金工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174278A JP2657236B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 被覆超硬質合金工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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-
1990
- 1990-06-29 JP JP2174278A patent/JP2657236B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS55148762A (en) * | 1979-05-08 | 1980-11-19 | Mitsubishi Metal Corp | Surface-coated super hard alloy tool |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2657236B2 (ja) | 1997-09-24 |
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