JPH076066B2 - 耐摩耗性、耐欠損性に優れる表面被覆超硬合金切削工具 - Google Patents
耐摩耗性、耐欠損性に優れる表面被覆超硬合金切削工具Info
- Publication number
- JPH076066B2 JPH076066B2 JP1290034A JP29003489A JPH076066B2 JP H076066 B2 JPH076066 B2 JP H076066B2 JP 1290034 A JP1290034 A JP 1290034A JP 29003489 A JP29003489 A JP 29003489A JP H076066 B2 JPH076066 B2 JP H076066B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cemented carbide
- tool
- coating
- resistance
- crack
- 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 - Lifetime
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は衝撃荷重の負荷する切削用工具に関わるもので
ある。
ある。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 従来の被覆超硬合金切削工具は、炭化タングステン基超
硬合金の表面に化学蒸着法または物理蒸着法により結晶
状あるいは非晶質状セラミックスを被覆してある。その
際、セラミックス被膜は出来るだけボイド、クラックな
どの欠陥を内在させないように製造されている。化学蒸
着法により被覆した工具の性能は、物理蒸着法により被
覆した工具及び超硬合金工具の性能と比較して耐摩耗性
に優れているが耐欠損性の点で劣っている。その理由と
して以下のように説明されている。
硬合金の表面に化学蒸着法または物理蒸着法により結晶
状あるいは非晶質状セラミックスを被覆してある。その
際、セラミックス被膜は出来るだけボイド、クラックな
どの欠陥を内在させないように製造されている。化学蒸
着法により被覆した工具の性能は、物理蒸着法により被
覆した工具及び超硬合金工具の性能と比較して耐摩耗性
に優れているが耐欠損性の点で劣っている。その理由と
して以下のように説明されている。
超硬合金切削工具は硬さの大きい炭化物と硬さの小さい
コバルト金属とからなる２相合金であるため、鋼を切削
する場合には鋼とコバルトが凝着して摩耗しやすい。こ
の欠点を補うために、鋼と凝着しにくいセラミックスを
超硬合金表面に被覆すると耐摩耗性は著しく向上する。
化学蒸着法は処理温度が高く、被膜と基材との間に拡散
を伴うため密着強度が大きく、そのためとりわけ耐摩耗
性に優れている。しかし、破壊強度が小さい蒸着ままの
結晶状あるいは非晶質状セラミックスを起点として発生
したクラックが基材へ伝播するために欠損し易い欠点が
ある。文献（鈴木嚠「超硬合金と焼結硬質材料」丸善
（株）、P218）によると、被膜を被覆することにより破
壊強度は50％低下することが報告されている。被膜の破
壊強度を向上させるために、被膜の厚さ、結晶粒径、結
晶構造に及ぼす成膜条件、成膜後の熱処理法など種々検
討されているが十分な効果をあげるに至っていない。耐
欠損性は、被膜厚が大きくなると低下するので、現状切
削工具の被膜厚みは数μｍから最大10μｍ程度である。
一方、耐摩耗性はセラミックス被膜の厚みに比例して向
上するので、被膜の耐欠損性を向上させる方法が見いだ
されれば、膜厚のさらに大きい、すなわち耐摩耗性の一
層優れた工具の開発が可能となる。
コバルト金属とからなる２相合金であるため、鋼を切削
する場合には鋼とコバルトが凝着して摩耗しやすい。こ
の欠点を補うために、鋼と凝着しにくいセラミックスを
超硬合金表面に被覆すると耐摩耗性は著しく向上する。
化学蒸着法は処理温度が高く、被膜と基材との間に拡散
を伴うため密着強度が大きく、そのためとりわけ耐摩耗
性に優れている。しかし、破壊強度が小さい蒸着ままの
結晶状あるいは非晶質状セラミックスを起点として発生
したクラックが基材へ伝播するために欠損し易い欠点が
ある。文献（鈴木嚠「超硬合金と焼結硬質材料」丸善
（株）、P218）によると、被膜を被覆することにより破
壊強度は50％低下することが報告されている。被膜の破
壊強度を向上させるために、被膜の厚さ、結晶粒径、結
晶構造に及ぼす成膜条件、成膜後の熱処理法など種々検
討されているが十分な効果をあげるに至っていない。耐
欠損性は、被膜厚が大きくなると低下するので、現状切
削工具の被膜厚みは数μｍから最大10μｍ程度である。
一方、耐摩耗性はセラミックス被膜の厚みに比例して向
上するので、被膜の耐欠損性を向上させる方法が見いだ
されれば、膜厚のさらに大きい、すなわち耐摩耗性の一
層優れた工具の開発が可能となる。
［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者等は耐摩耗性、耐欠損性の一層優れた
被膜工具を開発すべく研究を行った結果、極厚被膜に微
細なクラックを付与することにより切削工具の耐摩耗
性、耐欠損性を著しく向上させることが出来ることを見
出した。
被膜工具を開発すべく研究を行った結果、極厚被膜に微
細なクラックを付与することにより切削工具の耐摩耗
性、耐欠損性を著しく向上させることが出来ることを見
出した。
この発明は上記の知見に基づくものであって、その対象
とする工具は、炭化タングステン基超硬合金の表面に化
学蒸着法により被覆した厚さ10μｍ以上、20μｍ以下の
被膜を有し、該被膜がその表面から炭化タングステン基
超硬合金内まで貫通した以下に示す微細クラックを有す
ることを特徴とする耐摩耗性、耐欠損性に優れる表面被
覆超硬合金切削工具を要旨とするものである。
とする工具は、炭化タングステン基超硬合金の表面に化
学蒸着法により被覆した厚さ10μｍ以上、20μｍ以下の
被膜を有し、該被膜がその表面から炭化タングステン基
超硬合金内まで貫通した以下に示す微細クラックを有す
ることを特徴とする耐摩耗性、耐欠損性に優れる表面被
覆超硬合金切削工具を要旨とするものである。
Ａ） クラック長さの平均値：被覆表面から垂直方向に
被覆厚以上、被膜厚＋５μｍ以下、 Ｂ） クラック幅の平均値:5μｍ以下、 Ｃ） クラック間隔の平均値:10μｍ以上、200μｍ以下 ［作用］ 成膜法は化学蒸着法である。被膜はTiC,TiN,Ti（C,
N），Al2O3のいずれか１種の層または２種以上を積層し
たものである。被膜の厚みの下限値は耐摩耗性の点から
10μｍ以上、上限値は耐欠損性の点から20μｍ以下でな
ければならない。微細クラックは耐欠損性を向上させる
ために必要である。通常、タングステン基超硬合金の表
面にセラミックスを被覆すると、被覆層に引張応力が残
留するために、被覆工具の破壊強度が低下して欠損しや
すくなるとされている。微細クラックは被膜の残留応力
を開放するために耐欠損性を向上させると考えられる。
被覆厚以上、被膜厚＋５μｍ以下、 Ｂ） クラック幅の平均値:5μｍ以下、 Ｃ） クラック間隔の平均値:10μｍ以上、200μｍ以下 ［作用］ 成膜法は化学蒸着法である。被膜はTiC,TiN,Ti（C,
N），Al2O3のいずれか１種の層または２種以上を積層し
たものである。被膜の厚みの下限値は耐摩耗性の点から
10μｍ以上、上限値は耐欠損性の点から20μｍ以下でな
ければならない。微細クラックは耐欠損性を向上させる
ために必要である。通常、タングステン基超硬合金の表
面にセラミックスを被覆すると、被覆層に引張応力が残
留するために、被覆工具の破壊強度が低下して欠損しや
すくなるとされている。微細クラックは被膜の残留応力
を開放するために耐欠損性を向上させると考えられる。
クラック長さの平均値は被膜表面から垂直方向に被膜厚
さ以上、被膜厚さ＋５μｍ以下でなければならない。そ
れはクラックが被膜内にとどまると耐欠損性が向上しな
いためであり、超硬合金内の長さが５μｍを超えると耐
欠損性が急激に低下するためである。クラック幅の平均
値は５μｍ以下でなければならない。その理由はクラッ
ク幅が大きくなると耐欠損性は向上するが耐摩耗性が著
しく低下するためである。クラック間隔の平均値を10μ
ｍ以上、200μｍ以下でなければならない。下限値を10
μｍとしたのは耐摩耗性が低下するためである。上限値
を200μｍとしたのは、この値を超えるとクラック密度
が小さくなりすぎて耐欠損性の向上が十分に得られない
ためである。
さ以上、被膜厚さ＋５μｍ以下でなければならない。そ
れはクラックが被膜内にとどまると耐欠損性が向上しな
いためであり、超硬合金内の長さが５μｍを超えると耐
欠損性が急激に低下するためである。クラック幅の平均
値は５μｍ以下でなければならない。その理由はクラッ
ク幅が大きくなると耐欠損性は向上するが耐摩耗性が著
しく低下するためである。クラック間隔の平均値を10μ
ｍ以上、200μｍ以下でなければならない。下限値を10
μｍとしたのは耐摩耗性が低下するためである。上限値
を200μｍとしたのは、この値を超えるとクラック密度
が小さくなりすぎて耐欠損性の向上が十分に得られない
ためである。
このような微細クラックを導入する方法として被膜表面
に鋳鉄等を噴射する方法あるいは、被膜表面をダイアモ
ンド研削、機械的あるいは超音波振動加圧する方法等を
適用することが出来る。クラック寸法および分布の確認
は工具を破断してその断面を電子顕微鏡（SEM）により
観察することにより行った。破断面を10視野、倍率1000
で撮影した10枚の写真からクラック長さの平均値、クラ
ック幅の平均値およびクラック間隔を測定した。比較工
具は化学蒸着法により被覆したままでクラックを導入し
ていない工具、及びクラックは導入しているものの、そ
の長さ、幅、間隔のいずれかが請求範囲を超えている工
具、の２種類である。
に鋳鉄等を噴射する方法あるいは、被膜表面をダイアモ
ンド研削、機械的あるいは超音波振動加圧する方法等を
適用することが出来る。クラック寸法および分布の確認
は工具を破断してその断面を電子顕微鏡（SEM）により
観察することにより行った。破断面を10視野、倍率1000
で撮影した10枚の写真からクラック長さの平均値、クラ
ック幅の平均値およびクラック間隔を測定した。比較工
具は化学蒸着法により被覆したままでクラックを導入し
ていない工具、及びクラックは導入しているものの、そ
の長さ、幅、間隔のいずれかが請求範囲を超えている工
具、の２種類である。
次に、この発明の耐欠損性に優れる表面被覆超硬合金切
削工具を実施例により具体的に説明する。
削工具を実施例により具体的に説明する。
［実施例］ 第１表に供試工具のクラック寸法と分布、及びその切削
性能を示す。供試工具の超硬合金成分は炭化タングステ
ン（WC）:87.5wt％、炭化チタン（TiC）:2.1wt％、炭化
タンタル（TaC）:3.4wt％、Co:7.0％である。粉砕−混
合−造粒−焼結−研削工程を経て、一辺12.7mmの正方形
超硬合金を製造した。この超硬合金にCVD法によりTiC/T
i（C,N）／Al2O3をこの順序に10μｍ、及び20μｍ厚さ
被覆してスローアウェイ工具とした。この工具に平均粒
径300μｍの鋳鉄球を速度50m/sec、角度70〜90度の条件
で投射して微細クラックを導入した。クラックの寸法と
分布は工具を破断してその断面を電子顕微鏡（SEM）に
より観察して測定した。破断面を10視野，倍率1000で撮
影した10枚の写真からクラック長さの平均値、及びクラ
ック幅の平均値を測定した。クラック間隔は相隣合うク
ラック間隔の平均値である。
性能を示す。供試工具の超硬合金成分は炭化タングステ
ン（WC）:87.5wt％、炭化チタン（TiC）:2.1wt％、炭化
タンタル（TaC）:3.4wt％、Co:7.0％である。粉砕−混
合−造粒−焼結−研削工程を経て、一辺12.7mmの正方形
超硬合金を製造した。この超硬合金にCVD法によりTiC/T
i（C,N）／Al2O3をこの順序に10μｍ、及び20μｍ厚さ
被覆してスローアウェイ工具とした。この工具に平均粒
径300μｍの鋳鉄球を速度50m/sec、角度70〜90度の条件
で投射して微細クラックを導入した。クラックの寸法と
分布は工具を破断してその断面を電子顕微鏡（SEM）に
より観察して測定した。破断面を10視野，倍率1000で撮
影した10枚の写真からクラック長さの平均値、及びクラ
ック幅の平均値を測定した。クラック間隔は相隣合うク
ラック間隔の平均値である。
本発明被覆工具と比較工具について切削による性能評価
を行った。その条件は以下の通りである。
を行った。その条件は以下の通りである。
１） 断続切削 被削材:JIS S48C、直径60mmの丸棒に圧延方向と平行に
幅10mmの溝を等間隔に５本つけた。
幅10mmの溝を等間隔に５本つけた。
切削速度:170m/min 送り:0.25mm/rev 切込み:2.5mm 工具寿命判定基準：工具刃先の欠損 ２） 連続切削 被削材:JIS S48C、直径60mmの丸棒 切削速度:300m/min 送り:0.25mm/rev 切込み:2.5mm 工具寿命判定基準：工具刃すくい面摩耗深さKt＝50μｍ 工具の耐欠損性の良否は断続切削において工具が欠損し
て寿命となるまでの溝との衝突回数をもって評価した。
工具の耐摩耗性の良否は連続切削において工具すくい面
摩耗深さKtが50μｍに達するまでの切削時間により評価
した。
て寿命となるまでの溝との衝突回数をもって評価した。
工具の耐摩耗性の良否は連続切削において工具すくい面
摩耗深さKtが50μｍに達するまでの切削時間により評価
した。
本発明工具の耐欠損性は比較工具のそれと比較すると著
しく優れている。断続切削における工具寿命は10倍以上
である。また耐摩耗性は比較工具のそれとほぼ同じであ
る。その結果微細クラックの効果は極めて顕著であるこ
とがわかる。
しく優れている。断続切削における工具寿命は10倍以上
である。また耐摩耗性は比較工具のそれとほぼ同じであ
る。その結果微細クラックの効果は極めて顕著であるこ
とがわかる。
［発明の効果］ 本発明は従来の被覆超硬合金の欠点である耐欠損性を改
善したもので、産業上の効果は極めて顕著なものがあ
る。
善したもので、産業上の効果は極めて顕著なものがあ
る。
フロントページの続き (72)発明者 橋村 雅之 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新日 本製鐵株式会社第２技術研究所内 (72)発明者 今村 博人 福岡県北九州市若松区大字安瀬64―１ 日 鐵超硬株式会社九州製造所内 (72)発明者 澤島 哲郎 大阪府寝屋川市池田西町26―５ 東邦金属 株式会社寝屋川工場内
Claims (1)
- 【請求項１】炭化タングステン基超硬合金の表面に化学
蒸着法により被覆した厚さ10μｍ以上、20μｍ以下の被
膜を有し、該被膜に直角方向の任意の断面内に、その表
面から炭化タングステン基超硬合金内まで貫通した以下
に示す微細クラックを有することを特徴とする耐摩耗
性、耐欠損性に優れる表面被覆超硬合金切削工具。 Ａ） クラック長さの平均値：被覆表面から垂直方向に
被膜厚以上、被膜厚＋５μｍ以下、 Ｂ） クラック幅の平均値:5μｍ以下、 Ｃ） クラック間隔の平均値:10μｍ以上、200μｍ以下
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1290034A JPH076066B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 耐摩耗性、耐欠損性に優れる表面被覆超硬合金切削工具 |
| DE69010293T DE69010293T3 (de) | 1989-09-04 | 1990-08-31 | Mit Keramik überzogenes Sinterkarbidwerkzeug mit hoher Bruchbeständigkeit. |
| EP90309550A EP0416824B2 (en) | 1989-09-04 | 1990-08-31 | Ceramics coated cemented carbide tool with high fracture resistance |
| US07/576,950 US5123934A (en) | 1989-09-04 | 1990-09-04 | Ceramics coated cemented-carbide tool with high-fracture resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1290034A JPH076066B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 耐摩耗性、耐欠損性に優れる表面被覆超硬合金切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03153875A JPH03153875A (ja) | 1991-07-01 |
| JPH076066B2 true JPH076066B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=17750929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1290034A Expired - Lifetime JPH076066B2 (ja) | 1989-09-04 | 1989-11-09 | 耐摩耗性、耐欠損性に優れる表面被覆超硬合金切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076066B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04123812A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Nippon Steel Corp | 耐摩耗性に優れる表面被覆超硬合金ダイス |
| DE19719195A1 (de) | 1997-05-09 | 1998-11-12 | Widia Gmbh | Schneideinsatz zum Zerspanen und Verfahren zur Herstellung dieses Schneideinsatzes |
| JP5942345B2 (ja) * | 2011-06-10 | 2016-06-29 | 大日本印刷株式会社 | 水圧転写フィルム及び加飾成形品の製造方法 |
| KR101599638B1 (ko) * | 2014-10-24 | 2016-03-03 | 김인구 | 헬스형 승마자전거의 안장 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4377371A (en) * | 1981-03-11 | 1983-03-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Laser surface fusion of plasma sprayed ceramic turbine seals |
| JPS6338565A (ja) * | 1986-08-04 | 1988-02-19 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | セラミツクス被膜の強化方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0615717B2 (ja) * | 1987-07-28 | 1994-03-02 | 東芝タンガロイ株式会社 | 高靱性被覆材料及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-11-09 JP JP1290034A patent/JPH076066B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4377371A (en) * | 1981-03-11 | 1983-03-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Laser surface fusion of plasma sprayed ceramic turbine seals |
| JPS6338565A (ja) * | 1986-08-04 | 1988-02-19 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | セラミツクス被膜の強化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03153875A (ja) | 1991-07-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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