JPH0645880B2 - 表面被覆超硬合金の製造方法 - Google Patents
表面被覆超硬合金の製造方法Info
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- JPH0645880B2 JPH0645880B2 JP61248087A JP24808786A JPH0645880B2 JP H0645880 B2 JPH0645880 B2 JP H0645880B2 JP 61248087 A JP61248087 A JP 61248087A JP 24808786 A JP24808786 A JP 24808786A JP H0645880 B2 JPH0645880 B2 JP H0645880B2
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- Japan
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- layer
- coated
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は切削工具ならびに耐摩耗性部品として工業上有
用な耐摩耗性を著しく向上させた表面被覆した超硬合金
に関するものである。
用な耐摩耗性を著しく向上させた表面被覆した超硬合金
に関するものである。
超硬合金は４ａ，５ａ，６ａ属の炭化物ならびに鉄族金
属が主体の焼結材料であり、炭化物微粒子を鉄族金属中
（以下結合金属という。）に分散させ、炭化物の硬さと
結合金属の靭性を兼ね備えた性質を有する。結合金属量
が多くなると靭性は増加するが、耐摩耗性が減少するの
で、種々の組成を有する超硬合金が用途に応じて使用さ
れている。一方、超硬合金からなる基体より耐摩耗性の
高い表面層を形成させ、靭性の低下を制限しながら、耐
摩耗性を向上させる技術が進歩し、種々の表面被覆した
工具材料が実用化されている。更に表面被覆する以前に
基体より耐摩耗性の向上，耐衝撃性の向上を計るために
超硬合金の表面層を硬化及び／又は軟化した層を設けて
いる。以下に従来から製造されている表面被覆された超
硬合金の表面層を硬化及び／又は軟化した層の製造方法
と特徴を列記する。
属が主体の焼結材料であり、炭化物微粒子を鉄族金属中
（以下結合金属という。）に分散させ、炭化物の硬さと
結合金属の靭性を兼ね備えた性質を有する。結合金属量
が多くなると靭性は増加するが、耐摩耗性が減少するの
で、種々の組成を有する超硬合金が用途に応じて使用さ
れている。一方、超硬合金からなる基体より耐摩耗性の
高い表面層を形成させ、靭性の低下を制限しながら、耐
摩耗性を向上させる技術が進歩し、種々の表面被覆した
工具材料が実用化されている。更に表面被覆する以前に
基体より耐摩耗性の向上，耐衝撃性の向上を計るために
超硬合金の表面層を硬化及び／又は軟化した層を設けて
いる。以下に従来から製造されている表面被覆された超
硬合金の表面層を硬化及び／又は軟化した層の製造方法
と特徴を列記する。
（１）積層合金を形成する方法 表面が耐摩耗性に優れた超硬合金からなり、内部が靭性
に優れた超硬合金からなる。２種類の合金粉末から製造
される。積層合金は製造上に困難さがあるだけでなく、
耐摩耗性の向上が少ないので、今日ではほとんど製造さ
れていない。
に優れた超硬合金からなる。２種類の合金粉末から製造
される。積層合金は製造上に困難さがあるだけでなく、
耐摩耗性の向上が少ないので、今日ではほとんど製造さ
れていない。
（２）窒化物添加による方法 ４ａ族の窒化物を微量添加することにより表面に脱β層
を生成し、（表面から数十ミクロンにわたりβ相を含ま
ない層）被覆後の皮膜からのクラック伝播性を向上させ
る。
を生成し、（表面から数十ミクロンにわたりβ相を含ま
ない層）被覆後の皮膜からのクラック伝播性を向上させ
る。
（３）結合金属を富化させる方法 最も靭性に富む結合金属を富化し、表面被覆合金として
の耐衝撃性を向上させる方法。
の耐衝撃性を向上させる方法。
これら目的に応じて処理した超硬合金の表面に化学蒸着
法により炭化物，窒化物の被覆処理をＴｉ金属の塩化物
蒸気を水素雰囲気中でメタンガス又は窒素と反応させ、
９００℃〜１１００℃に加熱された超硬合金上にＴｉ炭
化物あるいは窒化物の薄膜を形成させる方法で製造され
る。
法により炭化物，窒化物の被覆処理をＴｉ金属の塩化物
蒸気を水素雰囲気中でメタンガス又は窒素と反応させ、
９００℃〜１１００℃に加熱された超硬合金上にＴｉ炭
化物あるいは窒化物の薄膜を形成させる方法で製造され
る。
現在市販されている被覆合金には炭窒化チタン被覆合金
および窒化チタン被覆合金，Ａｌ2Ｏ3被覆合金，及びそ
れらの複層被覆合金等があり、いずれも耐摩耗性が高
く、２〜２０ミクロンの皮膜により超硬合金の耐摩耗製
は３〜１０倍増大する。
および窒化チタン被覆合金，Ａｌ2Ｏ3被覆合金，及びそ
れらの複層被覆合金等があり、いずれも耐摩耗性が高
く、２〜２０ミクロンの皮膜により超硬合金の耐摩耗製
は３〜１０倍増大する。
現在市販されている表面処理した被覆合金の大部分は炭
化タングステン，コバルト，炭化チタン，炭化タンタル
を主成分とする切削用超硬合金の表面に炭化物，窒化物
を被覆したものであり、鋳鉄，鋼の切削に広く使用され
ているが、鋼の切削時にしばしば欠損を示し、被覆層の
優れた耐摩耗性が発揮できないことがある。その原因を
鋼切削の磨耗進行から観察すると、欠損あるいは微小カ
ケによって被覆層の１部が消失した後、消失部分から摩
耗が急速に進行するために、刃先が均一に摩耗しないで
局部的に摩耗する現象が見られる。又、工具刃先に高熱
高圧がかかると、超硬合金基体が軟化し、靭性変化する
ために被覆層の大摩耗性が十分に発揮できない場合があ
る。
化タングステン，コバルト，炭化チタン，炭化タンタル
を主成分とする切削用超硬合金の表面に炭化物，窒化物
を被覆したものであり、鋳鉄，鋼の切削に広く使用され
ているが、鋼の切削時にしばしば欠損を示し、被覆層の
優れた耐摩耗性が発揮できないことがある。その原因を
鋼切削の磨耗進行から観察すると、欠損あるいは微小カ
ケによって被覆層の１部が消失した後、消失部分から摩
耗が急速に進行するために、刃先が均一に摩耗しないで
局部的に摩耗する現象が見られる。又、工具刃先に高熱
高圧がかかると、超硬合金基体が軟化し、靭性変化する
ために被覆層の大摩耗性が十分に発揮できない場合があ
る。
本発明は、新しい現象の発見に基ずいた表面処理に超硬
合金に関するもので、従来の被覆超硬合金の性能上の問
題点を一挙に解決し、より耐摩耗性と汎用性を備えた工
具材料を提供するものである。
合金に関するもので、従来の被覆超硬合金の性能上の問
題点を一挙に解決し、より耐摩耗性と汎用性を備えた工
具材料を提供するものである。
本発明は４ａ，５ａ，６ａ族の炭化物，炭窒化物及び鉄
族金属からなる超硬合金の表面が、基体より軟質の厚さ
２〜４０ミクロンの中間層よりなる超硬合金において、
被覆層が四塩化チタ−水素有機ＣＮ化合物及び／又は窒
素混合ガス中で加熱し、７００℃〜９００℃で超硬合金
に炭窒化チタン及び／又は窒化チタンを被覆したことを
特徴とする表面被覆超硬合金に関するものである。
族金属からなる超硬合金の表面が、基体より軟質の厚さ
２〜４０ミクロンの中間層よりなる超硬合金において、
被覆層が四塩化チタ−水素有機ＣＮ化合物及び／又は窒
素混合ガス中で加熱し、７００℃〜９００℃で超硬合金
に炭窒化チタン及び／又は窒化チタンを被覆したことを
特徴とする表面被覆超硬合金に関するものである。
基体より軟質な超硬合金は高い靭性を有するが、硬さが
不足しているために切削工具として使用することはきわ
めて稀れであるが、それが２〜４０ミクロンの薄層とし
て靭性の比較的少ない超硬合金上に設けられるならば、
耐欠損性の向上にきわめて有利である。２ミクロン未満
ではその効果が少なく、４０ミクロンを越えると工具と
しての耐塑性変形性を低下させる。
不足しているために切削工具として使用することはきわ
めて稀れであるが、それが２〜４０ミクロンの薄層とし
て靭性の比較的少ない超硬合金上に設けられるならば、
耐欠損性の向上にきわめて有利である。２ミクロン未満
ではその効果が少なく、４０ミクロンを越えると工具と
しての耐塑性変形性を低下させる。
本発明は４ａ，５ａ，６ａ族の炭化物，炭窒化物及び鉄
族金属からなる超硬合金の表面が、基体より軟質の厚さ
２〜４０ミクロの中間層を焼結時のガス雰囲気を調整す
ることにより生成し、次に四塩化チタン−水素−有機Ｃ
Ｎ化合物及び／又は窒素混合ガス中で加熱し、７００℃
〜９００℃で超硬合金に炭窒化チタン及び／又は窒化チ
タンを被覆したものである。
族金属からなる超硬合金の表面が、基体より軟質の厚さ
２〜４０ミクロの中間層を焼結時のガス雰囲気を調整す
ることにより生成し、次に四塩化チタン−水素−有機Ｃ
Ｎ化合物及び／又は窒素混合ガス中で加熱し、７００℃
〜９００℃で超硬合金に炭窒化チタン及び／又は窒化チ
タンを被覆したものである。
化学蒸着法による炭窒化チタン，窒化チタン被覆処理は
四塩化チタン，水素，有機ＣＮ化合物，及び／又は窒素
からなる混合ガス中で行なう。有機ＣＮ化合物の分圧は
四塩化チタンの分圧より低くし、かつ水素分圧の１／１
０以下が適している。
四塩化チタン，水素，有機ＣＮ化合物，及び／又は窒素
からなる混合ガス中で行なう。有機ＣＮ化合物の分圧は
四塩化チタンの分圧より低くし、かつ水素分圧の１／１
０以下が適している。
反応温度は７００〜９００℃が適している。上記条件で
表面の結合金属を富化した超硬合金に炭窒化チタン被覆
を施すと、結合相が富化しているため母材−皮膜の境界
に脱炭層が生成しやすく工具としての耐欠損性を劣化さ
せる。本発明はその為４塩化チタンと有機ＣＮ化合物を
併用することにより蒸着時の低温化を計り脱炭層の生成
を減少した。従来の化学蒸着法では基体と皮膜の境界に
生じる脱炭層（η−炭化物，Ｍ6Ｃ）のため、被覆合金
としては強度の低下が６０〜７０％と激しかったが、本
方法では８０〜９０％と小さくなる。
表面の結合金属を富化した超硬合金に炭窒化チタン被覆
を施すと、結合相が富化しているため母材−皮膜の境界
に脱炭層が生成しやすく工具としての耐欠損性を劣化さ
せる。本発明はその為４塩化チタンと有機ＣＮ化合物を
併用することにより蒸着時の低温化を計り脱炭層の生成
を減少した。従来の化学蒸着法では基体と皮膜の境界に
生じる脱炭層（η−炭化物，Ｍ6Ｃ）のため、被覆合金
としては強度の低下が６０〜７０％と激しかったが、本
方法では８０〜９０％と小さくなる。
第１図は従来の炭化チタン被覆超硬合金と本発明合金の
表面から微小ビッカース硬さを測定した結果を示したも
のであり、従来品は硬さが皮膜から超硬合金の硬さまで
低下しているのに対し、本発明品は基体より軟質の中間
層のため、表面より基体内部に向かって硬さが徐々に硬
くなっている。
表面から微小ビッカース硬さを測定した結果を示したも
のであり、従来品は硬さが皮膜から超硬合金の硬さまで
低下しているのに対し、本発明品は基体より軟質の中間
層のため、表面より基体内部に向かって硬さが徐々に硬
くなっている。
本発明の表面被覆超硬合金は鋼及び鋳物の断続切削に適
している。すなわち従来の被覆合金は、軟質な中間層を
設けた効果と脱炭層による逆効果が重なっても、強度は
向上する。更に、軟質な層一皮膜間の強度を高めたた
め、欠損性を向上する効果があるためである。
している。すなわち従来の被覆合金は、軟質な中間層を
設けた効果と脱炭層による逆効果が重なっても、強度は
向上する。更に、軟質な層一皮膜間の強度を高めたた
め、欠損性を向上する効果があるためである。
以下実施例について詳細に説明する。
実施例１ 市販のＷＣ粉末（平均粒度４μｍ）ＴｉＣＮ粉末（平均
粒度１μｍ）ＴａＣ粉末（同１．２μｍ），Ｃｏ粉末
（同１μｍ）Ｎｉ粉末（同１μｍ）を用意し、これらを
切削用超硬合金Ｐ３０相当の組成に配合し、ボールミル
中で湿式粉砕、混合を９６時間行ない、乾燥処理後１To
n／cm2の圧力でプレス成形した。次に真空中１４００℃
で焼結し、焼結終了後ＣＨ4ガスを導入し、徐冷し、窒
化物，炭化物を主とした軟質の中間層を形成させて，そ
の後低温化学蒸着法によりＴｉＣＮを６μｍ被覆して本
発明のチップを製造した。
粒度１μｍ）ＴａＣ粉末（同１．２μｍ），Ｃｏ粉末
（同１μｍ）Ｎｉ粉末（同１μｍ）を用意し、これらを
切削用超硬合金Ｐ３０相当の組成に配合し、ボールミル
中で湿式粉砕、混合を９６時間行ない、乾燥処理後１To
n／cm2の圧力でプレス成形した。次に真空中１４００℃
で焼結し、焼結終了後ＣＨ4ガスを導入し、徐冷し、窒
化物，炭化物を主とした軟質の中間層を形成させて，そ
の後低温化学蒸着法によりＴｉＣＮを６μｍ被覆して本
発明のチップを製造した。
次に鏡面にラップし、中間層の硬さをマイクロビッカー
ス（５００ｇ荷重）で測定した。本発明冷と通常の真空
焼結の例を第１図に示す。
ス（５００ｇ荷重）で測定した。本発明冷と通常の真空
焼結の例を第１図に示す。
第１図では２０μｍ程度の軟化層を形成した例を示して
いるがＣＨ4ガス分圧，冷却速度をコントロールするこ
とにより軟質の中間層の厚さ，結合相量を変化させるこ
とができ、更に基体中にＣとＮの比率の異なる場合には
ＣＨ4ガス分圧を調整することが必要である。
いるがＣＨ4ガス分圧，冷却速度をコントロールするこ
とにより軟質の中間層の厚さ，結合相量を変化させるこ
とができ、更に基体中にＣとＮの比率の異なる場合には
ＣＨ4ガス分圧を調整することが必要である。
実施例２ 実施例１の合金を用いて下記の条件で切削試験を行な
い、その性能を評価した。尚比較のため通常の焼結体に
ＣＶＤ法でＴｉＣＮを６μｍ被覆した資料も試験した。
い、その性能を評価した。尚比較のため通常の焼結体に
ＣＶＤ法でＴｉＣＮを６μｍ被覆した資料も試験した。
寿命試験 被削材 ＳＣＭ４４０ （Ｈｓ４０） チップ ＳＮＭＮ４３２（ホーニング0.03mm） 切削速度 ２００ｍ／min 送り ０．２mm／rev 切り込み ２mm 切削時間 １０min 評価 逃げ面摩耗 耐欠損性試験 被削材 ＳＣＭ４４０ （Ｈｓ４０）（４ツ溝入） チップ ＳＮＭＮ４３２（ホーニング0.03mm） 切削速度 １００ｍ／min 送り ０．３〜１．０mm／rev 切り込み ２mm 切削時間 １min 評価 ０．３mm／revより開始し、クリアーした
場合には、０．０５mm／rev送り上げ更に切削試験を続
け順次送りを増加した。
場合には、０．０５mm／rev送り上げ更に切削試験を続
け順次送りを増加した。
本発明チップは中間層を形成させることにより逃げ面摩
耗量ＶB＝０．１２に対し、比較チップはＶB＝０．１３
と同程度の耐摩耗性を示し中間層もある程度の厚さでは
耐摩耗性にほとんど影響していないことが分かった。次
に耐欠損性は本発明チップは中間層を形成させることに
より送り量０．８５ｍｍ／ｒｅｖに対し比較チップは送
り量０．３５ｍｍ／ｒｅｖと著しく優れていることが分
かった。
耗量ＶB＝０．１２に対し、比較チップはＶB＝０．１３
と同程度の耐摩耗性を示し中間層もある程度の厚さでは
耐摩耗性にほとんど影響していないことが分かった。次
に耐欠損性は本発明チップは中間層を形成させることに
より送り量０．８５ｍｍ／ｒｅｖに対し比較チップは送
り量０．３５ｍｍ／ｒｅｖと著しく優れていることが分
かった。
中間層を形成することによりチップの耐摩耗性を従来の
チップと変えずに耐欠損性を向上することが出来た。
チップと変えずに耐欠損性を向上することが出来た。
本願表面被覆超硬合金は、基体と被覆層の中間に結合金
属に富む軟質の中間層により基体の耐欠損性を向上し、
低温化学蒸着法を適用することによる表面被覆の効果を
発揮することにより耐摩耗性，耐欠損性，耐熱性，耐溶
着性が大巾に向上し、切削工具として好適なものであ
る。
属に富む軟質の中間層により基体の耐欠損性を向上し、
低温化学蒸着法を適用することによる表面被覆の効果を
発揮することにより耐摩耗性，耐欠損性，耐熱性，耐溶
着性が大巾に向上し、切削工具として好適なものであ
る。
第１図は本発明の基体と被覆層の中間に結合金属に富む
軟質の中間層の硬さをマイクロビッカース硬さで測定し
た結果を示す図である。
軟質の中間層の硬さをマイクロビッカース硬さで測定し
た結果を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、炭窒化物及
び鉄族金属からなる超硬合金の表面が平均２０％以上の
鉄族金属と、主として前記炭化物からなり、基体より軟
質で、その厚さが２〜４０ミクロンの中間層を設けてな
る超硬合金において、被覆層が四塩化チタン−水素−有
機ＣＮ化合物及び／又は窒素混合ガス中で加熱し、７０
０℃〜９００℃で超硬合金にＴｉＣＮ及び／又はＴｉＮ
を被覆したことを特徴とする表面被覆超硬合金の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61248087A JPH0645880B2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61248087A JPH0645880B2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103072A JPS63103072A (ja) | 1988-05-07 |
| JPH0645880B2 true JPH0645880B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=17173013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61248087A Expired - Lifetime JPH0645880B2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645880B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0364469A (ja) * | 1989-08-01 | 1991-03-19 | Hitachi Tool Eng Ltd | 被覆超硬質合金工具 |
| JPH0386403A (ja) * | 1989-08-29 | 1991-04-11 | Hitachi Tool Eng Ltd | 表面被覆スローアウェイチップ |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52110209A (en) * | 1976-03-15 | 1977-09-16 | Mitsubishi Metal Corp | Coated hard alloy tool |
| JPS5826428B2 (ja) * | 1977-04-23 | 1983-06-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 被覆超硬合金工具 |
| US4548786A (en) * | 1983-04-28 | 1985-10-22 | General Electric Company | Coated carbide cutting tool insert |
| JPS6133802A (ja) * | 1984-07-26 | 1986-02-17 | Hitachi Metals Ltd | 切削用コ−テイングチツプ |
| JPS63103069A (ja) * | 1986-10-17 | 1988-05-07 | Hitachi Tool Eng Ltd | 表面被覆超硬合金 |
-
1986
- 1986-10-17 JP JP61248087A patent/JPH0645880B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63103072A (ja) | 1988-05-07 |
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