JPH08281503A - 切削インサートとその製造方法 - Google Patents
切削インサートとその製造方法Info
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- JPH08281503A JPH08281503A JP8114425A JP11442596A JPH08281503A JP H08281503 A JPH08281503 A JP H08281503A JP 8114425 A JP8114425 A JP 8114425A JP 11442596 A JP11442596 A JP 11442596A JP H08281503 A JPH08281503 A JP H08281503A
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Abstract
工作に特に有利な切削インサートの提供。 【解決手段】 このインサートはWCと立方晶炭窒化物
相とCo 及び/或いはNi に基づくバインダ相を含むセ
メンテッドカーバイド基体と被覆物から成り、立方晶相
が実質的に含有されない富バインダ相表面領域を有して
いる。当該表面領域はエッジの全域を占めている結果と
して、切刃を丸め加工して成るインサートはエッジタフ
ネスと可塑変形抵抗の両特性が向上している。
Description
ーバイドインサートとして、エッジの全域に亘って延在
するバインダ相に富んだ表面領域で以って達成される、
ステンレス鋼等の粘着性のある工作物材料においてユニ
ークなエッジ保全性を備えた斯ゝるインサートに関す
る。
ンテッドカーバイド(超硬質焼結炭化物合金)のインサ
ートは今日では鋼材やステンレス鋼材の工作に大いに使
用されている。富バインダ相表面領域のお陰で切削用材
質のための用途が拡張されている。
相を含有し、バインダ相に富んだ表面領域を有している
セメンテッドカーバイドを製造する方法は数多くの特
許、公開特許出願等の特許文献を通じて知られている。
例えば、米国特許第4,277,283号と第4,54
8,786号によれば、窒素が気相に添加される。両特
許のいづれの場合にも、立方晶相が本質的に存在しない
富バインダ相表面領域が得られる。米国特許第4,83
0,930号は焼結後の脱炭処理により得られるバイン
ダ相富化現象を記述しており、この場合の焼結後の脱炭
ではバインダ相富化部分は立方晶も含有したものにな
る。
の切刃等の鋭いコーナに向けて低減すること、並びに脆
性貧バインダ相、富立方晶領域がエッジ面域に出現し
て、特にエッジタフネスが大いに要望されている工作物
材料に対して富バインダ相セメンテッドカーバイドの使
用が多くの場合に制約を受けることは当業界で良く知ら
れている。
るためには50−100μm或いはそれより小さいオー
ダの特定曲率半径に丸められたエッジでなければならな
い。このエッジ丸め処理は一般に焼結の後に実行され
る。この処理において、富バインダ相の薄い最外領域が
完全に除去されて、硬くて脆い面域が露出される。その
結果、硬いが脆いエッジが得られ、これがエッジの脆さ
に伴う問題、特に高度のエッジタフネスを必要とする用
途で危険度を高める。
バイドのこの欠陥を軽減する方法は米国特許第5,48
4,468号に記述されている。しかし、この方法はオ
ーステナイト系ステンレス鋼等の非常に難工作性材料の
ためには不充分であり、切削インサート(植刃)の変形
抵抗を低減させるという望ましくない結果をもたらす。
セメンテッドカーバイドの切削インサートのエッジ部分
に富バインダ相領域を維持する方法はEP−A−056
9696に開示されている。この方法を適用すると、こ
の維持効果はZr 及び/或いはHf がセメンテッドカー
バイドに存在するならば、得られる。
エッジタフネスと高度の変形抵抗を併備しているセメン
テッドカーバイドのインサートをその製造方法と併せて
実現することにある。
テッドカーバイドの基体と被覆物を含んで成るセメンテ
ッドカーバイドインサートであって、当該基体はWCと
立方晶炭窒化物相及び両成分を内部に含むCo 及び/或
いはNi に基づくバインダ相を含有していて、立方晶相
が本質的に存在しないバインダ相に富んだ、即ち「富バ
インダ相」の表面領域を有しており、当該富バインダ相
領域がエッジの全域に及んでいる、斯ゝる構成のセメン
テッドカーバイドインサートが提供される。本発明のこ
のインサートは、結果として改良されたエッジタフネス
と可塑変形に対する改良された抵抗を有し、ステンレス
鋼等の粘着性のある工作物材料の工作にとって特に有用
なものとなる(立方晶相は本質的に炭窒化物相であると
はいえ、基体材質をこゝでは「セメンテッドカーバイ
ド」と称することにしている。)
素の含有量並びに全体の炭素含有量に関して特定の条件
が満されるならば、驚くべき事実として、Hf とZr が
存在しないセメンテッドカーバイドにおける富バインダ
相表面領域の厚みがエッジ全体に亘って維持されること
を発見した。オーステナイトステンレス鋼等の粘着性の
ある工作物材料に対する切削において、エッジタフネス
にとって好ましい影響が得られる。
メンテッドカーバイド基体と被覆物を含んで成る切削イ
ンサートに関する。但し、当該基体はCo 及び/或いは
Niのバインダ相と、WCと、W及びTi ,Ta ,
Nb ,Mo ,V或いはCr の金属の少なくとも1種の立
方晶炭窒化物とから成り、且つ立方晶が本質的に存在し
ない富バインダ相表面領域を有している。
6−14原子%、好ましくは8−11原子%のバインダ
相;8−20原子%、好ましくは11−17原子%のT
i 及び少なくともTa とNb のいづれか1種;及び残部
WCを含有する。WCの最適平均グレンサイズ(粒径)
は1.5μmと4μmの間、好ましくは2μmと3μm
の間の値である。立方晶炭窒化物相はTi /(Ta +N
b )原子比が>2、好ましくは>3であって、その式:
(Ti ,Nb ,Ta )(NX ,C1-X )におけるXで表
されている窒素含有量が>0.2、好ましくは0.3と
0.4の間の値である。エッジ近くの富バインダ相領域
の厚さは、立方晶相におけるチタンと窒素の含有量が増
大し且つ全体の炭素含有量が増大した状態で、大きくな
る。実際に使用され得る最大窒素含有量は窒素含有量の
増大と共にAタイプとBタイプの多孔度が増大すること
によって主として制限される。しかし、最大窒素含有量
は焼結が不活性の高圧雰囲気において実施されたならば
上述の限界を越えて増大し得る。実際に使用され得る最
大炭素含有量は富バインダ相表面領域における炭素析出
の傾向が増大すること、被覆物接着力が減小すること及
び変形抵抗が低減することによって主として制限され
る。炭素含有量はC08より小さいC−多孔度、好まし
くは炭素飽和に間近かのC00のC−多孔度に相当す
る。
である: −平坦面下15−45μm、好ましくは25−35μ
m; −エッジ丸め処理前の鋭いエッジの近傍で15−35μ
m;好ましくは25−35μm、 −エッジ丸め処理後のエッジにおいて10−25μm。
N及び/或いはTi Nの被覆物として、3−10μm、
好ましくは4−8μmの全被覆物厚を有している斯ゝる
被覆物を有しており、この被覆物と併せて1−4μm、
好ましくは1.5−3μmの厚みを有するAl2 O3 被
覆物を具備することが出来る。当技術業界で知られてい
るその他の被覆物も、周期律表の1Vb ,Vb 及びV1
b 族の少なくとも1種の金属の炭化物、窒化物、炭窒化
物、酸化物或いはホウ化物の少なくとも1種及び/或い
は酸化アルミの既知のCVD法、PVD法或いはMT−
CVD法により生成された単層或いは多重層として使用
され得る。
インダ相と、WCと、立方晶の炭窒化物相とを含んで成
り、実質的に立方晶の存在しない富バインダ相表面領域
を有しているセメンテッドカーバイド基体と被覆物とを
含んで成る切削インサートを製造する方法に関する。こ
の方法では、WCと、6−14原子%、好ましくは8−
11原子%のバインダ相と、8−20原子%、好ましく
は11−17原子%のTi 及びTa とNb の少なくとも
1種であってTi /(Ta +Nb )原子比が>2、好ま
しくは>3の関係にある斯ゝる金属を含有する粉末混合
物を用いる。Ta 及び/或いはNb は炭化物生成金属と
して加えられ、他方Ti はTi C,TiCN及び/或い
はTi Nの生成金属として、(Ti ,Nb ,Ta )(N
X ,C1-X )の式中のXとして表される炭窒化物相の窒
素含有量が>0.2、好ましくは>3になる割合で加え
られる。この粉末混合物は加圧用剤と、炭素を加える場
合には炭素含有量が0−0.15w.t.%、好ましくは化
学量論的含有量を越える0.05−0.1w.t.%となる
斯ゝる炭素と併せて混合されてから、摩砕され、次いで
乾燥されて、粉末原料に調製される。次に、この粉末原
料は圧縮固化されてから焼結される。焼結のために加熱
している間に、窒素ガスは炉に、1200℃と焼結温度
の間においての孔閉鎖の前に脱窒素化が生じるのを阻止
するために、5−100mbar、好ましくは10−40mb
arの圧力で供給される。
は1410−1450℃の温度で、約40mbar圧のアル
ゴンの保護雰囲気或いは真空において1時間実施され
る。冷却は標準仕様に従って、或いはスウェーデン特許
出願第9300376−2号に開示されている通りに実
施される。エッジ丸め加工を含む従来式の焼結後処理
(ポストシンタリング)の後に、上述した硬質、摩耗抵
抗性の被覆物がCVD法、PVD法或いはMT−CVD
法によって施こされる。
N);1.6w.t.%のTaC;1.1w.t.%のNa C;
6.5w.t.%のCo ;及び0.06w.t.%の過化学量論
的炭素(C)含有量と併せて残部WCを含んで成る粉末
混合物から、旋削用の切削インサートCNMG1204
08のブランクを加圧成形した。このインサートブラン
クをH2 ガスで脱ワックス化のために450℃まで、そ
れから真空で1200℃まで、次いで40mbar圧の保護
ガスの窒素で焼結温度1450℃に至るまで雰囲気と温
度を変えながら焼結した。この焼結インサートを保持し
た状態で、炉は次に排気されてから、Ar を40mbar圧
になるまで充填され、1時間に亘って1450℃に維持
され、次いで冷却された。
面とレーキ面のみに限らず、エッジ部分においても30
μm厚の富バインダ相領域を有していた(図1参照)。
め処理を施し、そして清浄処理を施した後、従来のCV
D法によってTi CとTi CNから成る約7μm厚の多
重被覆物で以って被覆された(図2参照)。
N);2.1w.t.%のNbC;3.4w.t.%のTa C;
6.5w.t.%のCo ;及び0.06w.t.%の過化学量論
的炭素(C)含有量と併せて残部WCを含んで成る粉末
混合物から、旋削用の切削インサートCNMG1204
08のブランクを加圧成形した。このインサートブラン
クを脱ワックス化のためにH2 ガスで450℃まで、次
いで真空で1200℃に、その後に保護ガスの40mbar
圧の窒素(N)で焼結温度1450℃まで焼結した。こ
の焼結インサートを置いた状態で炉は排気され、そして
Ar が40mbar圧まで充填され、その状態で1時間14
50℃に維持され、そして冷却された。
ンク面とレーキ面においては30μm厚の富バインダ相
領域、そしてエッジ部分の近くでは著しく厚みが低減さ
れている富バインダ相領域を有していた(図3参照)。
理と清浄化処理を施こした後に、従来式のCVD法によ
ってTi CとTi Nから成る約7μm厚の層で以って被
覆された(図4参照)。
w.t.%のNb C;6.5w.t.%のCo ;及び0.25w.
t.%の過化学量論的炭素(C)含有量と併せて残部WC
を含んで成る粉末混合物から、旋削用の切削インサート
CNMG120408のブランクを加圧成形した。得ら
れたインサートブランクを脱ワックス化のためにH2 ガ
スで450℃まで、更に真空で1350℃に、そしてそ
の後にAr ガスで1時間、1450℃で焼結した。冷却
は焼結本番時のものと同じ雰囲気で1290℃から12
40℃までの温度間で60℃/時の充分制御された低減
勾配で実行された。その後、冷却は保護雰囲気を維持し
ながら正常な炉冷却操作で引き続き行った。この冷却の
結果として得られた富バインダ相表面領域は、表面まで
延在する成層化バインダ相組織としてバインダ相が富化
していて、そして約25w.t.%の鋭いコバルト(Co )
の最大値を有していた。
硬化スチールの厚壁チューブに対する連続正面切削作業
で試験した。次の切削条件(データ)が適用された。 速度:300−450m/分 送り:0.25mm/rev 切込み:2mm 工作作業はインサートのクリアランス面(逃げ面)にお
けるフランク摩耗として観測され得る切刃の可塑変形を
もたらした。速度を増大させて試験を繰返すことによ
り、0.35mmのフランク摩耗をもたらした速度を決定
することにより、下記の結果が得られた。
ートを用いて、オーステナイト系ステンレス鋼に対し、
縦工作作業と正面工作作業の組合せによる工作試験を行
った。下記の切削条件を適用した。 速度:200m/分 送り:0.3mm/rev 切込み:2mm 工作作業はインサートのノーズ領域に切込みの深さのノ
ッチ摩耗及び/或いはフランク摩耗をもたらした。0.
3mmを越えるフランク摩耗或いはノッチ摩耗になるまで
の切削サイクル回数をインサートの5個のエッジについ
て測定し、その結果は下記の通りであった。
ートを用いて、ステンレス鋼に対して繰返しの正面工作
作業により試験を行った。下記の切削条件が適用され
た。 速度:200m/分 送り:0.2mm/rev 切込み:3mm 工作作業はエッジのフリッタリング(fritteri
ng)により主として誘導されるフランク摩耗をもたら
した。0.5mmのフランク摩耗或いは0.5mmを越える
エッジ破損に至るまでの時間はインサートの5個のエッ
ジについて測定され、その結果は下記の通りであった。
ト(例1)が例2に記述されている既知の方法に係るイ
ンサートにおいて得られる高度の変形抵抗と、例3に記
述されている既知の方法で得られる優れたエッジタフネ
スとを併せて有していることは明白である。
のものに較べ切削性能が格段と向上しているので、広範
囲の用途に対し、特に粘着性のあるステンレス鋼等の工
作物材料の工作に対し、有効に適用することが可能にな
った。
エッジ丸め処理前の切刃の下にある富バインダ相領域の
金属組織を示す、図面に代る800倍率の写真である。
曲率半径が50μmになるように丸められ、そして表面
被覆された切刃の下にある富バインダ相領域の金属組織
を示す、図面に代る800倍率の写真である。
るエッジ丸め処理前の切刃の下にある富バインダ相領域
の金属組織を示す、図面に代る1000倍率の写真であ
る。
る曲率半径が50μmになるように丸められ、そして表
面被覆された切刃の下にある富バインダ相領域の金属組
織を示す、図面に代る1000倍率の写真である。
Claims (6)
- 【請求項1】 富バインダ相表面領域を有するセメンテ
ッドカーバイド基体と被覆物を含んで成る切削インサー
トであって、当該基体がCo 及び/或いはNi のバイン
ダ相、WC及びTi ,Ta ,Nb ,Mo ,V及びCr の
金属の少なくとも1種とWの立方晶炭窒化物から成り、
当該富バインダ相表面領域には該立方晶相が実質的に存
在しない、斯ゝる切削インサートにおいて、 該富バインダ相領域がインサートの平坦面において15
−45μmの厚さを有し、切刃において5−30μmの
厚さを有していることを特徴とする、ステンレス鋼等の
粘着性のある工作物材料の工作に用いる切削インサー
ト。 - 【請求項2】 該基体は:6−14原子%バインダ相;
8−20原子%のTi ;及びTi /(Ta +Nb )原子
比が>2であって、(Ti ,Nb ,Ta )(NX ,C
1-X )の式中のXで表される炭窒化物相の窒素含有量が
>0.2となるように与えられたTa とNb の少なくと
も1種を含んで成る、請求項1に記載の切削インサー
ト。 - 【請求項3】 Ti /(Ta +Nb )原子比が>3であ
る、請求項1或いは2に記載の切削インサート。 - 【請求項4】 0.3<x<0.4の関係にある、請求
項2或いは3に記載の切削インサート。 - 【請求項5】 該被覆物が3−10μmの総厚を有し、
且つTi C,Ti CN及びTi Nの少なくとも1種を含
んで成る、請求項1−4のいづれか1項に記載の切削イ
ンサート。 - 【請求項6】 富バインダ相表面領域を有するセメンテ
ッドカーバイド基体と被覆物を含んで成る切削インサー
トであって、当該基体がCo 及び/或いはNi のバイン
ダ相と立方晶炭窒化物相から成り、該富バインダ相表面
領域は該炭窒化物相を実質的に含有しないものであっ
て、インサートの全域に実質的に存在する、斯ゝる切削
インサートの製造方法において、 WC;6−14原子%のバインダ相;8−20原子%の
Ti ;及びTi /(T a +Nb )原子比が>2となる割
合のTa とNb の少なくとも1種を含有する粉末混合物
として、Ta 及び/或いはNb が炭化物生成金属として
添加され、Tiは炭化物、窒化物及び/或いは炭窒化物
の生成金属として、(Ti ,Nb ,Ta)(Nx ,C
1-X )の式中のXとして表される炭窒化物相の窒素含有
量が>0.2の関係になるように添加されている斯ゝる
粉末混合物を調製し;当該粉末混合物に加圧用剤と、炭
素含有量が0−0.15w.t.%だけ化学量論的量を越え
るに要する量の炭素とを添加し;結果の混合物を摩砕
し、そして乾燥することにより粉末原料を調製し;当該
粉末原料を圧縮固化してから、5−100mbar圧の窒素
ガス雰囲気の炉において1200℃と本焼結温度の間で
仮焼結し、その後に真空或いは40mbar圧の保護雰囲気
において1時間、1380−1520℃の温度で本焼結
を続行し、次いで標準の方法条件に従って冷却すること
により焼結インサートを作り;エッジ加工を含む焼結後
処理を冷却した焼結インサートに施し;そして後処理済
みインサートにCVD法、PVD法或いはMT−CVD
法によって、周期律表の1Vb ,Vb 及びV1b 族の少
なくとも1種の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化
物及びホウ化物の少なくも1種の化合物及び/或いは酸
化アルミの単層或いは複層の被覆物を形成することを特
徴とする、切削インサートの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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SE9501383-5 | 1995-04-12 | ||
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---|---|
JPH08281503A true JPH08281503A (ja) | 1996-10-29 |
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ID=20397957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8114425A Pending JPH08281503A (ja) | 1995-04-12 | 1996-04-12 | 切削インサートとその製造方法 |
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US (1) | US5729823A (ja) |
EP (1) | EP0737756B1 (ja) |
JP (1) | JPH08281503A (ja) |
AT (1) | ATE221139T1 (ja) |
DE (1) | DE69622457T2 (ja) |
SE (1) | SE514283C2 (ja) |
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