JPH0929509A - 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具Info
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- JPH0929509A JPH0929509A JP20789395A JP20789395A JPH0929509A JP H0929509 A JPH0929509 A JP H0929509A JP 20789395 A JP20789395 A JP 20789395A JP 20789395 A JP20789395 A JP 20789395A JP H0929509 A JPH0929509 A JP H0929509A
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- cutting
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表
面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 超硬合金基体の表面に、TiC,Ti
N,TiCN,TiCO,TiNO、およびTiCNO
のうちの1種の単層または2種以上の複層で構成された
Ti化合物層とAl2 O3 層からなる硬質被覆層を3〜
30μmの平均層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製
切削工具において、上記Al2 O3 に代えて、Al2 O
3 に1〜20重量%の割合でSiを含有させてなるAl
−Si系酸化物層を設ける。
面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 超硬合金基体の表面に、TiC,Ti
N,TiCN,TiCO,TiNO、およびTiCNO
のうちの1種の単層または2種以上の複層で構成された
Ti化合物層とAl2 O3 層からなる硬質被覆層を3〜
30μmの平均層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製
切削工具において、上記Al2 O3 に代えて、Al2 O
3 に1〜20重量%の割合でSiを含有させてなるAl
−Si系酸化物層を設ける。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層がす
ぐれた層間密着性を有し、したがって切削抵抗の大き
い、例えば軟鋼などの切削に用いた場合にも硬質被覆層
に層間剥離の発生や、切刃にチッピング(微小欠け)な
どの発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮す
る表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具(以
下、被覆超硬切削工具という)に関するものである。
ぐれた層間密着性を有し、したがって切削抵抗の大き
い、例えば軟鋼などの切削に用いた場合にも硬質被覆層
に層間剥離の発生や、切刃にチッピング(微小欠け)な
どの発生なく、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮す
る表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具(以
下、被覆超硬切削工具という)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば特公昭57−1585号公
報や特公昭59−52703号公報に記載されるよう
に、全体に均質な炭化タングステン基超硬合金基体や、
結合相形成成分としての例えばCoなどの含有量が基体
内部に比して相対的に高い表面部、すなわち表面部に結
合相富化帯域を有する炭化タングステン基超硬合金基体
(以下、これらを総称して超硬合金基体という)の表面
に、化学蒸着法や物理蒸着法を用いて、Tiの炭化物、
窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、および炭窒酸
化物(以下、それぞれTiC,TiN,TiCN,Ti
CO,TiNO、およびTiCNOで示す)のうちの1
種の単層または2種以上の複層で構成されたTi化合物
層と、Al酸化物(以下、Al2 O3 で示す)層からな
る硬質被覆層を3〜30μmの平均層厚で形成してなる
被覆超硬切削工具が、合金鋼や鋳鉄を主体とした旋削や
フライス切削などに用いられている。
報や特公昭59−52703号公報に記載されるよう
に、全体に均質な炭化タングステン基超硬合金基体や、
結合相形成成分としての例えばCoなどの含有量が基体
内部に比して相対的に高い表面部、すなわち表面部に結
合相富化帯域を有する炭化タングステン基超硬合金基体
(以下、これらを総称して超硬合金基体という)の表面
に、化学蒸着法や物理蒸着法を用いて、Tiの炭化物、
窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、および炭窒酸
化物(以下、それぞれTiC,TiN,TiCN,Ti
CO,TiNO、およびTiCNOで示す)のうちの1
種の単層または2種以上の複層で構成されたTi化合物
層と、Al酸化物(以下、Al2 O3 で示す)層からな
る硬質被覆層を3〜30μmの平均層厚で形成してなる
被覆超硬切削工具が、合金鋼や鋳鉄を主体とした旋削や
フライス切削などに用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
装置のFA化はめざましく、かつ切削加工の省力化の要
求と相まって、切削工具には被削材に関して汎用性が求
められる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬切削工具に
おいては、これを合金鋼や鋳鉄などの切削に用いた場合
には問題はないが、特に切削抵抗の高い軟鋼などの切削
に用いた場合、特にAl2 O3 層に対するTi化合物層
の密着性が十分でないために、Al2 O3層とTi化合
物層との間に層間剥離が発生し易くなるばかりでなく、
切刃にチッピングなどが発生し易く、これが原因で比較
的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
装置のFA化はめざましく、かつ切削加工の省力化の要
求と相まって、切削工具には被削材に関して汎用性が求
められる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬切削工具に
おいては、これを合金鋼や鋳鉄などの切削に用いた場合
には問題はないが、特に切削抵抗の高い軟鋼などの切削
に用いた場合、特にAl2 O3 層に対するTi化合物層
の密着性が十分でないために、Al2 O3層とTi化合
物層との間に層間剥離が発生し易くなるばかりでなく、
切刃にチッピングなどが発生し易く、これが原因で比較
的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬切削工具に
着目し、これの硬質被覆層におけるAl2 O3 層とTi
化合物層との層間密着性の向上をはかるべく研究を行な
った結果、上記の従来被覆超硬切削工具の硬質被覆層を
構成するAl2 O3 層に代えて、Al2 O3 に1〜20
重量%の割合でSiを含有させてなるAl−Si系酸化
物層で構成すると、前記Al−Si系酸化物層は、同じ
く硬質被覆層を構成するTi化合物層に対する密着性に
すぐれ、かつ前記Al2 O3 層のもつ性質を具備するこ
とから、硬質被覆層にはすぐれた層間密着性が確保さ
れ、かつすぐれた切削性能を発揮するという研究結果を
得たのである。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬切削工具に
着目し、これの硬質被覆層におけるAl2 O3 層とTi
化合物層との層間密着性の向上をはかるべく研究を行な
った結果、上記の従来被覆超硬切削工具の硬質被覆層を
構成するAl2 O3 層に代えて、Al2 O3 に1〜20
重量%の割合でSiを含有させてなるAl−Si系酸化
物層で構成すると、前記Al−Si系酸化物層は、同じ
く硬質被覆層を構成するTi化合物層に対する密着性に
すぐれ、かつ前記Al2 O3 層のもつ性質を具備するこ
とから、硬質被覆層にはすぐれた層間密着性が確保さ
れ、かつすぐれた切削性能を発揮するという研究結果を
得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、超硬合金基体の表面に、Ti
C,TiN,TiCN,TiCO,TiNO、およびT
iCNOのうちの1種の単層または2種以上の複層で構
成されたTi化合物層とAl2O3 層からなる硬質被覆
層を3〜30μmの平均層厚で形成してなる被覆超硬切
削工具において、上記硬質被覆層を構成するAl2 O3
層に代えて、Al2 O3 に1〜20重量%の割合でSi
を含有させてなるAl−Si系酸化物層を設けることに
よりTi化合物層とAl−Si系酸化物層との密着性を
向上させ、もって硬質被覆層に層間剥離が発生するのを
防止した点に特徴を有するものである。
なされたものであって、超硬合金基体の表面に、Ti
C,TiN,TiCN,TiCO,TiNO、およびT
iCNOのうちの1種の単層または2種以上の複層で構
成されたTi化合物層とAl2O3 層からなる硬質被覆
層を3〜30μmの平均層厚で形成してなる被覆超硬切
削工具において、上記硬質被覆層を構成するAl2 O3
層に代えて、Al2 O3 に1〜20重量%の割合でSi
を含有させてなるAl−Si系酸化物層を設けることに
よりTi化合物層とAl−Si系酸化物層との密着性を
向上させ、もって硬質被覆層に層間剥離が発生するのを
防止した点に特徴を有するものである。
【0006】なお、この発明の被覆超硬切削工具におい
て、硬質被覆層を構成する上記Al−Si系酸化物層
は、化学蒸着装置または物理蒸着装置にて、反応ガス組
成:容量%で、AlCl3 :1〜20%、CO2 :0.
5〜30%、SiCl4 :0.001〜0.2%、必要
に応じてHCl:1〜20%および/またはH2 S:
0.05〜5%、H2 :残り、反応温度:850〜10
50℃、雰囲気圧力:30〜200torr、の条件で形成
することができる、かつこれのSi含有割合を1〜20
重量%と定めたのは、その割合が1重量%未満では所望
の層間密着性を確保することができず、一方その割合が
20重量%を超えると耐摩耗性が低下するようになると
いう理由からである。また、硬質被覆層を構成するTi
化合物層は、化学蒸着法および/または物理蒸着法に
て、通常の条件で形成されるが、第1層をTiN層とし
た場合、第2層以降の形成に際して、前記第1層のTi
N層中に超硬合金基体を構成するC成分が拡散固溶する
場合があり、この場合は前記第1層の一部あるいは全体
がTiCNで構成されるようになる。さらに、硬質被覆
層の平均層厚を3〜30μmとしたのは、その平均層厚
が3μm未満では所望のすぐれた耐摩耗性を確保するこ
とができず、一方、その平均層厚が30μmを越えると
切刃に欠けやチッピングなどが発生し易くなるという理
由によるものであり、この場合Al−Si系酸化物層
は、0.1〜15μmの平均層厚とするのが望ましく、
またTi化合物層を構成するTiCN層を、例えば特開
平6−8010号公報に記載される縦長成長結晶組織と
すると、通常の粒状結晶組織のものに比して一段とすぐ
れた切削性能を発揮するようになる。
て、硬質被覆層を構成する上記Al−Si系酸化物層
は、化学蒸着装置または物理蒸着装置にて、反応ガス組
成:容量%で、AlCl3 :1〜20%、CO2 :0.
5〜30%、SiCl4 :0.001〜0.2%、必要
に応じてHCl:1〜20%および/またはH2 S:
0.05〜5%、H2 :残り、反応温度:850〜10
50℃、雰囲気圧力:30〜200torr、の条件で形成
することができる、かつこれのSi含有割合を1〜20
重量%と定めたのは、その割合が1重量%未満では所望
の層間密着性を確保することができず、一方その割合が
20重量%を超えると耐摩耗性が低下するようになると
いう理由からである。また、硬質被覆層を構成するTi
化合物層は、化学蒸着法および/または物理蒸着法に
て、通常の条件で形成されるが、第1層をTiN層とし
た場合、第2層以降の形成に際して、前記第1層のTi
N層中に超硬合金基体を構成するC成分が拡散固溶する
場合があり、この場合は前記第1層の一部あるいは全体
がTiCNで構成されるようになる。さらに、硬質被覆
層の平均層厚を3〜30μmとしたのは、その平均層厚
が3μm未満では所望のすぐれた耐摩耗性を確保するこ
とができず、一方、その平均層厚が30μmを越えると
切刃に欠けやチッピングなどが発生し易くなるという理
由によるものであり、この場合Al−Si系酸化物層
は、0.1〜15μmの平均層厚とするのが望ましく、
またTi化合物層を構成するTiCN層を、例えば特開
平6−8010号公報に記載される縦長成長結晶組織と
すると、通常の粒状結晶組織のものに比して一段とすぐ
れた切削性能を発揮するようになる。
【0007】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬切削
工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末とし
て、平均粒径:3μmを有する中粒WC粉末、同5μm
の粗粒WC粉末、同1.5μmの(Ti,W)C(重量
比で、以下同じ、TiC/WC=30/70)粉末、同
1.2μmの(Ti,W)CN(TiC/TiN/WC
=24/20/56)粉末、同1.3μmの(Ta,N
b)C(TaC/NbC=90/10)粉末、および同
1.2μmのCo粉末を用意し、これら原料粉末を表1
に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿
式混合し、乾燥した後、ISO・CNMG120408
(超硬合金基体A〜D用)および同SEEN42AFT
N1(超硬合金基体E用)に定める形状の圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体を同じく表1に示される条件で真
空焼結して超硬合金基体A〜Eをそれぞれ製造した。さ
らに、上記超硬合金基体Bに対して、100torrのCH
4 ガス雰囲気中、温度:1400℃に1時間保持後徐冷
の浸炭処理を施し、浸炭処理後、基体表面に付着するカ
ーボンとCoを酸およびバレル研磨で除去することによ
り表面から12μmの深さ位置で最大Co含有量:1
4.7重量%を示し、かつ深さが41μmのCo富化帯
域を基体表面部に形成した。また、上記超硬合金基体A
およびDには、焼結したままで、基体表面部に、表面か
ら15.5μmの深さ位置で9.4重量%の最大Co含
有量を示し、かつ深さが20μmのCo富化帯域が形成
されており、残りの超硬合金基体CおよびEには、前記
Co富化帯域の形成がなく、全体に均質な組織をもつも
のであった。さらに、表1には上記超硬合金基体A〜E
の内部硬さ(ロックウエル硬さAスケール)をそれぞれ
示した。
工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末とし
て、平均粒径:3μmを有する中粒WC粉末、同5μm
の粗粒WC粉末、同1.5μmの(Ti,W)C(重量
比で、以下同じ、TiC/WC=30/70)粉末、同
1.2μmの(Ti,W)CN(TiC/TiN/WC
=24/20/56)粉末、同1.3μmの(Ta,N
b)C(TaC/NbC=90/10)粉末、および同
1.2μmのCo粉末を用意し、これら原料粉末を表1
に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿
式混合し、乾燥した後、ISO・CNMG120408
(超硬合金基体A〜D用)および同SEEN42AFT
N1(超硬合金基体E用)に定める形状の圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体を同じく表1に示される条件で真
空焼結して超硬合金基体A〜Eをそれぞれ製造した。さ
らに、上記超硬合金基体Bに対して、100torrのCH
4 ガス雰囲気中、温度:1400℃に1時間保持後徐冷
の浸炭処理を施し、浸炭処理後、基体表面に付着するカ
ーボンとCoを酸およびバレル研磨で除去することによ
り表面から12μmの深さ位置で最大Co含有量:1
4.7重量%を示し、かつ深さが41μmのCo富化帯
域を基体表面部に形成した。また、上記超硬合金基体A
およびDには、焼結したままで、基体表面部に、表面か
ら15.5μmの深さ位置で9.4重量%の最大Co含
有量を示し、かつ深さが20μmのCo富化帯域が形成
されており、残りの超硬合金基体CおよびEには、前記
Co富化帯域の形成がなく、全体に均質な組織をもつも
のであった。さらに、表1には上記超硬合金基体A〜E
の内部硬さ(ロックウエル硬さAスケール)をそれぞれ
示した。
【0008】ついで、これらの超硬合金基体A〜Eの表
面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置
を用い、表2に示される条件で、表3〜5に示される組
成および平均層厚の硬質被覆層を形成することにより本
発明被覆超硬切削工具1〜15および従来被覆超硬切削
工具1〜15をそれぞれ製造した。
面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置
を用い、表2に示される条件で、表3〜5に示される組
成および平均層厚の硬質被覆層を形成することにより本
発明被覆超硬切削工具1〜15および従来被覆超硬切削
工具1〜15をそれぞれ製造した。
【0009】つぎに、上記の本発明被覆超硬切削工具1
〜13および従来被覆超硬切削工具1〜13について、
被削材:軟鋼の丸棒、切削速度:290m/min.、切り
込み:2.0mm、送り:0.3mm/rev.、切削時間:3
0分、の条件での軟鋼の連続切削試験、並びに、被削
材:軟鋼の角材、切削速度:270m/min.、切り込
み:2mm、 送り:0.3mm/rev.、切削時間:40
分、の条件での軟鋼の断続切削試験を行ない、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。また、本
発明被覆超硬切削工具14,15および従来被覆超硬切
削工具14,15については、被削材:軟鋼の角材、切
削速度:280m/min.、切り込み:2.5mm、送り:
0.33mm/刃、切削時間:40分、の条件で軟鋼のフ
ライス切削を行ない、同じく切刃の逃げ面摩耗幅を測定
した。これらの測定結果を表3〜5に示した。
〜13および従来被覆超硬切削工具1〜13について、
被削材:軟鋼の丸棒、切削速度:290m/min.、切り
込み:2.0mm、送り:0.3mm/rev.、切削時間:3
0分、の条件での軟鋼の連続切削試験、並びに、被削
材:軟鋼の角材、切削速度:270m/min.、切り込
み:2mm、 送り:0.3mm/rev.、切削時間:40
分、の条件での軟鋼の断続切削試験を行ない、いずれの
切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。また、本
発明被覆超硬切削工具14,15および従来被覆超硬切
削工具14,15については、被削材:軟鋼の角材、切
削速度:280m/min.、切り込み:2.5mm、送り:
0.33mm/刃、切削時間:40分、の条件で軟鋼のフ
ライス切削を行ない、同じく切刃の逃げ面摩耗幅を測定
した。これらの測定結果を表3〜5に示した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】
【表4】
【0014】
【表5】
【0015】
【発明の効果】表3〜5に示される結果から、本発明被
覆超硬切削工具1〜15は、いずれも切削抵抗の高い軟
鋼の切削にもかかわらず、硬質被覆層に層間剥離の発生
や切刃にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示
すのに対して、従来被覆超硬切削工具1〜15は、硬質
被覆層におけるAl2 O3 層とTi化合物層の密着性が
不十分であることが原因で、軟鋼の切削では層間剥離の
発生や切刃におけるチッピングの発生が避けられず、こ
の結果比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかであ
る。上述のように、この発明の被覆超硬切削工具は、硬
質被覆層がTi化合物層とこれに対する密着性にすぐれ
たAl−Si系酸化物層で構成され、この結果すぐれた
層間密着性を具備するようになり、かつ前記Al−Si
系酸化物層がAl2O3 層と切削性能上同等の性質を有
するので、合金鋼や鋳鉄の切削は勿論のこと、切削抵抗
の高い軟鋼などの切削においても、すぐれた切削性能を
著しく長期に亘って発揮するなど工業上有用な特性を有
するのである。
覆超硬切削工具1〜15は、いずれも切削抵抗の高い軟
鋼の切削にもかかわらず、硬質被覆層に層間剥離の発生
や切刃にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示
すのに対して、従来被覆超硬切削工具1〜15は、硬質
被覆層におけるAl2 O3 層とTi化合物層の密着性が
不十分であることが原因で、軟鋼の切削では層間剥離の
発生や切刃におけるチッピングの発生が避けられず、こ
の結果比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかであ
る。上述のように、この発明の被覆超硬切削工具は、硬
質被覆層がTi化合物層とこれに対する密着性にすぐれ
たAl−Si系酸化物層で構成され、この結果すぐれた
層間密着性を具備するようになり、かつ前記Al−Si
系酸化物層がAl2O3 層と切削性能上同等の性質を有
するので、合金鋼や鋳鉄の切削は勿論のこと、切削抵抗
の高い軟鋼などの切削においても、すぐれた切削性能を
著しく長期に亘って発揮するなど工業上有用な特性を有
するのである。
Claims (1)
- 【請求項1】 全体に均質な炭化タングステン基超硬合
金基体、または表面部に結合相富化帯域を有する炭化タ
ングステン基超硬合金基体の表面に、Tiの炭化物、窒
化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、および炭窒酸化
物のうちの1種の単層または2種以上の複層で構成され
たTi化合物層とAl酸化物層からなる硬質被覆層を3
〜30μmの平均層厚で形成してなる表面被覆炭化タン
グステン基超硬合金製切削工具において、 上記硬質被覆層を構成するAl酸化物層に代えて、Al
酸化物に1〜20重量%の割合でSiを含有させてなる
Al−Si系酸化物層を設けたことを特徴とする硬質被
覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タング
ステン基超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20789395A JPH0929509A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20789395A JPH0929509A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0929509A true JPH0929509A (ja) | 1997-02-04 |
Family
ID=16547322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20789395A Withdrawn JPH0929509A (ja) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0929509A (ja) |
-
1995
- 1995-07-21 JP JP20789395A patent/JPH0929509A/ja not_active Withdrawn
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