JPH08209336A - 被覆硬質合金 - Google Patents
被覆硬質合金Info
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- JPH08209336A JPH08209336A JP3461395A JP3461395A JPH08209336A JP H08209336 A JPH08209336 A JP H08209336A JP 3461395 A JP3461395 A JP 3461395A JP 3461395 A JP3461395 A JP 3461395A JP H08209336 A JPH08209336 A JP H08209336A
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- Japan
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- coated hard
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 (Ti、Al)N、(Ti、Al)C、(T
i、Al)CNよりも高硬度、高靱性の皮膜を得ること
により、耐摩耗性に優れた被覆硬質合金を提供すること
を目的とする。、耐欠損性に優れた被覆硬質部材の提供
を目的とする。 【構成】 高速度鋼、超硬合金、TiCN基サーメット
等の硬質合金の表面にPVDまたはCVD法によって、
(TiaAlbSiC)CxN1-xで現した場合、各々の比
率がat%で、0.3≦a≦0.8、0.2≦b≦0.
7、0≦X≦1、0.01≦c≦0.2とし、かつ前記
皮膜の厚さが0.5〜10μmより構成する。
i、Al)CNよりも高硬度、高靱性の皮膜を得ること
により、耐摩耗性に優れた被覆硬質合金を提供すること
を目的とする。、耐欠損性に優れた被覆硬質部材の提供
を目的とする。 【構成】 高速度鋼、超硬合金、TiCN基サーメット
等の硬質合金の表面にPVDまたはCVD法によって、
(TiaAlbSiC)CxN1-xで現した場合、各々の比
率がat%で、0.3≦a≦0.8、0.2≦b≦0.
7、0≦X≦1、0.01≦c≦0.2とし、かつ前記
皮膜の厚さが0.5〜10μmより構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用範囲】本願発明は、高強度で耐摩耗性、
耐欠損性に優れた切削工具、耐摩工具として用いらてい
る被覆硬質合金に関する。
耐欠損性に優れた切削工具、耐摩工具として用いらてい
る被覆硬質合金に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、 WC超硬合金やサーメット合金
を主体とした切削工具、ないし耐摩工具の耐摩耗性、耐
欠損性を改善するために物理蒸着法(以下、PVD法と
称する。)、ないし化学蒸着法(以下、CVD法と称す
る。)によりTiN、TiCといったセラミックス硬質
皮膜を被覆したコーテイング工具が多く用いられるよう
になっている。特に、PVD法で作製されたものは成膜
温度が500℃と低いために皮膜と母材との反応が殆ど
なく、母材強度を活かすことができる。そのため最近で
はフライス切削用スローアウエイチップ、エンドミル等
に多く用いられている。
を主体とした切削工具、ないし耐摩工具の耐摩耗性、耐
欠損性を改善するために物理蒸着法(以下、PVD法と
称する。)、ないし化学蒸着法(以下、CVD法と称す
る。)によりTiN、TiCといったセラミックス硬質
皮膜を被覆したコーテイング工具が多く用いられるよう
になっている。特に、PVD法で作製されたものは成膜
温度が500℃と低いために皮膜と母材との反応が殆ど
なく、母材強度を活かすことができる。そのため最近で
はフライス切削用スローアウエイチップ、エンドミル等
に多く用いられている。
【0003】しかしながら、最近では高速での切削や高
硬度材の切削が必要となっており、前記Ti系の炭化
物、窒化物、炭窒化物では耐酸化性、耐熱性が劣るため
高温での切削ではクラック、チッピングの発生、膜剥離
等が生じて切削寿命が短くなるといった問題がある。こ
のような背景から、耐酸化性に優れた(Ti、Al)N
膜が着目されるようになり、アークイオンプレーティン
グ、ホロカソード、マグネトロンスパッタ等のPVD法
によりエンドミル、スローアウエイチップへのコーティ
ングを中心に開発が進んでいる。この膜は当初抵抗特性
を生かしたデバイス用に開発されたが、耐酸化性に優れ
ビッカース硬度も3000前後と硬いため切削工具への
検討も多く行われるようになり高速切削の領域でも優れ
た性能を発揮する。また(Ti、Al)Nの皮膜の改善
としてTi/Alの比率を限定した特公平5−6770
5号や(Ti、Al、Zr)N、(Ti、Al、V)N
といった更に多元化した米国特許4871434号が提
案されている。
硬度材の切削が必要となっており、前記Ti系の炭化
物、窒化物、炭窒化物では耐酸化性、耐熱性が劣るため
高温での切削ではクラック、チッピングの発生、膜剥離
等が生じて切削寿命が短くなるといった問題がある。こ
のような背景から、耐酸化性に優れた(Ti、Al)N
膜が着目されるようになり、アークイオンプレーティン
グ、ホロカソード、マグネトロンスパッタ等のPVD法
によりエンドミル、スローアウエイチップへのコーティ
ングを中心に開発が進んでいる。この膜は当初抵抗特性
を生かしたデバイス用に開発されたが、耐酸化性に優れ
ビッカース硬度も3000前後と硬いため切削工具への
検討も多く行われるようになり高速切削の領域でも優れ
た性能を発揮する。また(Ti、Al)Nの皮膜の改善
としてTi/Alの比率を限定した特公平5−6770
5号や(Ti、Al、Zr)N、(Ti、Al、V)N
といった更に多元化した米国特許4871434号が提
案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの皮膜
では添加元素が増えるにつれて耐酸化性が低下するとい
った欠点がある。本願発明は、前記問題点を解決したも
のであり(Ti、Al)N、(Ti、Al)C、(T
i、Al)CNよりも高硬度、高靱性の皮膜を得ること
により、耐摩耗性に優れた被覆硬質合金を提供すること
を目的とする。
では添加元素が増えるにつれて耐酸化性が低下するとい
った欠点がある。本願発明は、前記問題点を解決したも
のであり(Ti、Al)N、(Ti、Al)C、(T
i、Al)CNよりも高硬度、高靱性の皮膜を得ること
により、耐摩耗性に優れた被覆硬質合金を提供すること
を目的とする。
【0005】
【発明を解決するための手段】本発明者は、前記の目標
を達成するために(Ti、Al)Nを基本に各種元素を
添加する検討を行った結果、Siを添加することによっ
て皮膜のビッカース硬さが高くなり耐摩耗性が向上する
という知見を得た。すなわち、本願発明はPVDまたは
CVD法によって、(TiaAlbSiC)CxN1-xで現
した場合、各々の比率がat%で、0.3≦a≦0.
8、0.2≦b≦0.7、0≦X≦1、0.01≦c≦
0.2で示され、前記皮膜の厚さを0.5〜10μmで
ある硬質皮膜とすることを特徴としている。また前記皮
膜の層と周期律表4a、5a、6a族の炭化物、窒化
物、炭窒化物、及びAlNの一つから選ばれる層を2層
以上の多層とすることを特徴としている。
を達成するために(Ti、Al)Nを基本に各種元素を
添加する検討を行った結果、Siを添加することによっ
て皮膜のビッカース硬さが高くなり耐摩耗性が向上する
という知見を得た。すなわち、本願発明はPVDまたは
CVD法によって、(TiaAlbSiC)CxN1-xで現
した場合、各々の比率がat%で、0.3≦a≦0.
8、0.2≦b≦0.7、0≦X≦1、0.01≦c≦
0.2で示され、前記皮膜の厚さを0.5〜10μmで
ある硬質皮膜とすることを特徴としている。また前記皮
膜の層と周期律表4a、5a、6a族の炭化物、窒化
物、炭窒化物、及びAlNの一つから選ばれる層を2層
以上の多層とすることを特徴としている。
【0006】
【作用】図1は、JIS M種超硬合金上にイオンプレ
ーティング法により(Ti0.5Al0.5-XSiX)N膜を
Xの比率を、X=0.05、0.1、0.15、0.
2、0.3、0.4の組成に変えて、バイアス電圧値7
0V、窒素分圧10-1Paの条件で3μm成膜した場合
のビッカース硬さ(荷重:50g)の変化を示す。尚、
本検討に使用した合金ターゲットはTi、Al、Siの
3元系からなり前記所望の組成が実現できるように作製
した。
ーティング法により(Ti0.5Al0.5-XSiX)N膜を
Xの比率を、X=0.05、0.1、0.15、0.
2、0.3、0.4の組成に変えて、バイアス電圧値7
0V、窒素分圧10-1Paの条件で3μm成膜した場合
のビッカース硬さ(荷重:50g)の変化を示す。尚、
本検討に使用した合金ターゲットはTi、Al、Siの
3元系からなり前記所望の組成が実現できるように作製
した。
【0007】
【図1】
【0008】図1より、Si添加量が15at%でビッ
カース硬さは4150となりSi無添加の(Ti、A
l)N膜の値2800よりも硬さが高くなっている。さ
らに添加量を20at%まで増やすと硬さは3450と
低下し、40at%では2560と無添加の場合よりも
低くなる。このようなことからSi添加量の範囲は0.
01〜20at%とした。Si添加量が20at%を越
えると固溶しきれない金属Siが膜中に析出し硬さを下
げる要因となり耐摩耗性、耐欠損性が低下するからであ
る。
カース硬さは4150となりSi無添加の(Ti、A
l)N膜の値2800よりも硬さが高くなっている。さ
らに添加量を20at%まで増やすと硬さは3450と
低下し、40at%では2560と無添加の場合よりも
低くなる。このようなことからSi添加量の範囲は0.
01〜20at%とした。Si添加量が20at%を越
えると固溶しきれない金属Siが膜中に析出し硬さを下
げる要因となり耐摩耗性、耐欠損性が低下するからであ
る。
【0009】皮膜の膜厚を0.5〜10μmと限定した
のは、膜厚が0.5μm未満では膜が薄すぎて所望の耐
摩耗性が得られず、一方10μmを越えると厚くなりす
ぎて膜剥離等を生じ易くなるからである。皮膜中のCN
の比率は0≦X≦1、すなわち炭化物、窒化物、炭窒化
物の範囲としたのは(Ti、Al)N膜中に固溶体とし
て添加したSiの効果により高靱性化が実現できるため
硬さの硬い炭化物でも充分に使用でき、また硬さの低い
窒化物においてもSi添加量を調節することにより充分
な性能を有するため0≦X≦1の範囲とした。
のは、膜厚が0.5μm未満では膜が薄すぎて所望の耐
摩耗性が得られず、一方10μmを越えると厚くなりす
ぎて膜剥離等を生じ易くなるからである。皮膜中のCN
の比率は0≦X≦1、すなわち炭化物、窒化物、炭窒化
物の範囲としたのは(Ti、Al)N膜中に固溶体とし
て添加したSiの効果により高靱性化が実現できるため
硬さの硬い炭化物でも充分に使用でき、また硬さの低い
窒化物においてもSi添加量を調節することにより充分
な性能を有するため0≦X≦1の範囲とした。
【0010】更に、本願発明の皮膜のC、N混合比の異
なる皮膜を重ねて多層構造としたり、C、N混合比を連
続的に変化させ傾斜組成皮膜とすることも耐摩耗性を得
るのに有効である。また、本願発明は皮膜を形成する基
体を限定するものではなく、WC超硬合金やサーメッ
ト、ハイス、或いは耐摩合金等用途に応じて適宜選択す
れば良い。以下、実施例に基づき発明を詳細に説明す
る。
なる皮膜を重ねて多層構造としたり、C、N混合比を連
続的に変化させ傾斜組成皮膜とすることも耐摩耗性を得
るのに有効である。また、本願発明は皮膜を形成する基
体を限定するものではなく、WC超硬合金やサーメッ
ト、ハイス、或いは耐摩合金等用途に応じて適宜選択す
れば良い。以下、実施例に基づき発明を詳細に説明す
る。
【0011】
【実施例】84WC−3TiC−1TiN−3TaC−
9vol%Coの組成になるように市販の平均粒径2.
5μmのWC粉末、同1.5μmのTiC粉末、同Ti
N粉末、同1.2μmのTaC粉末をボールミルにて9
6時間混合し乾燥後、造粒し、SEE42TNのスロー
アウェイチップにプレス成形後、焼結し、所定の工具形
状に加工した。このチップ上にイオンプレーティング法
により各種合金ターゲットを用意し表1に示すような皮
膜を形成した。そしてこれらの被覆超硬工具を以下の切
削条件によりフライス切削を行い、最大摩耗量が0.2
mmに達するまでの切削長を求めた。 被削材 SKD61 切削速度 250m/min 送り 0.2mm/刃 切り込み 2.0mm 切削油 なし
9vol%Coの組成になるように市販の平均粒径2.
5μmのWC粉末、同1.5μmのTiC粉末、同Ti
N粉末、同1.2μmのTaC粉末をボールミルにて9
6時間混合し乾燥後、造粒し、SEE42TNのスロー
アウェイチップにプレス成形後、焼結し、所定の工具形
状に加工した。このチップ上にイオンプレーティング法
により各種合金ターゲットを用意し表1に示すような皮
膜を形成した。そしてこれらの被覆超硬工具を以下の切
削条件によりフライス切削を行い、最大摩耗量が0.2
mmに達するまでの切削長を求めた。 被削材 SKD61 切削速度 250m/min 送り 0.2mm/刃 切り込み 2.0mm 切削油 なし
【0012】
【表1】
【0013】また、従来材としてTiN、TiCN、
(TiAl)N、(TiAlZr)N、(TiAlV)
N膜を同様にアークイオンプレーティング法により同一
形状のチップ上に作製した。
(TiAl)N、(TiAlZr)N、(TiAlV)
N膜を同様にアークイオンプレーティング法により同一
形状のチップ上に作製した。
【0014】表1から、Si添加量が20at%以下で
は最大摩耗量が0.2mmに達するまでの切削長も従来
材よりも延び、耐摩耗性が向上することがわかる。また
Si添加量が20at%を越えると前記切削長も短くな
り耐摩耗性も低下することから、Si添加量は0.01
〜20at%が良いことがわかる。
は最大摩耗量が0.2mmに達するまでの切削長も従来
材よりも延び、耐摩耗性が向上することがわかる。また
Si添加量が20at%を越えると前記切削長も短くな
り耐摩耗性も低下することから、Si添加量は0.01
〜20at%が良いことがわかる。
【0015】
【発明の効果】本発明の被覆硬質合金はTi、Alの複
合化合物にSiを0.01〜20at%添加することに
よって皮膜の硬さを向上させ優れた耐摩耗性を有するこ
とにより、格段に長い寿命が得られるものである。
合化合物にSiを0.01〜20at%添加することに
よって皮膜の硬さを向上させ優れた耐摩耗性を有するこ
とにより、格段に長い寿命が得られるものである。
【図1】図1は、(Ti0.5Al0.5-XSiX)Nの化学
式で表される膜のXによるビッカース硬さを示す。
式で表される膜のXによるビッカース硬さを示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 高速度鋼、超硬合金、TiCN基サーメ
ット等の硬質合金の表面にPVDまたはCVD法によっ
て、(TiaAlbSiC)CxN1-xで現した場合、各々
の比率がat%で、0.3≦a≦0.8、0.2≦b≦
0.7、0≦X≦1、0.01≦c≦0.2で示され、
かつ前記皮膜の厚さが0.5〜10μmであることを特
徴とした被覆硬質合金。 - 【請求項2】 前記皮膜の層と周期律表4a、5a、6
a族の炭化物、窒化物、炭窒化物、及びAlNの一つか
ら選ばれる層を2層以上の多層としたことを特徴とする
被覆硬質合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3461395A JPH08209336A (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 被覆硬質合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3461395A JPH08209336A (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 被覆硬質合金 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08209336A true JPH08209336A (ja) | 1996-08-13 |
Family
ID=12419232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3461395A Pending JPH08209336A (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 被覆硬質合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08209336A (ja) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2003037554A1 (fr) * | 2001-10-30 | 2003-05-08 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corporation | Outil de coupe au carbure cemente revetu, comprenant une couche de revetement dure presentant d'excellentes proprietes de resistance a l'usure dans l'usinage a grande vitesse |
JP2004217481A (ja) * | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 耐摩耗性部材 |
JP2004306166A (ja) * | 2003-04-03 | 2004-11-04 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具およびその製造方法 |
JP2005335042A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
JP2005342856A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Mitsubishi Materials Corp | 断続重切削条件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超硬合金製切削工具 |
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JP2008149390A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
JP2008302439A (ja) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
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-
1995
- 1995-01-31 JP JP3461395A patent/JPH08209336A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
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