JPH09300105A - 表面被覆超硬合金製スローアウェイインサート - Google Patents
表面被覆超硬合金製スローアウェイインサートInfo
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Abstract
うため、皮膜の耐酸化性、耐剥離性に着目し優れた工具
寿命を有するスローアウェイインサートを提供すること
を目的とする。 【構成】 Ti、Al及びAlの一部をAlに対して
0.03原子%以上30.0原子%以下の範囲でCr、
Ce、Mo、Ndのうち1種もしくは、2種以上に置き
換え、その皮膜のX線回折における(111)面の回折
強度をIa(111)、(220)面の回折強度をIb
(220)とした時にIb(220)/Ia(111)
の値が1.0<Ib/Ia≦5.0の範囲で構成する。
Description
極めて優れる表面被覆超硬合金製スローアウェイインサ
ートに関するものである。
超硬合金の表面に被覆させることに関しては、特公平4
ー53642号など、従来のTiの窒化物、炭窒化物、
及び炭化物に対して、Alを添加することにより、その
効果を確認した事例は数多くある。しかしながら、これ
らの確認事例は、従来の皮膜組成にAlを添加すること
による耐酸化性が向上するといった硬質皮膜そのものの
改善が行われたにすぎない。従って、表面被覆超硬合金
製スローアウェイインサートにおいて、十分に皮膜の密
着性が得られていないのが現状である。特に最近におい
ては、熱処理後の高硬度鋼材を加工する傾向にあり、こ
の様な鋼材を従来のTi及びAlを主成分とした表面被
覆超硬合金製スローアウェイインサートを用いて加工し
た場合、耐酸化性が不十分になること、また、切削応力
が高く容易に皮膜剥離が生じてしまい、十分な工具寿命
が得られない。
覆超硬合金製スローアウェイインサートにおける耐酸化
性、及び耐剥離性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、
次の知見を得た。最近の高硬度鋼材をスローアウェイイ
ンサートを用いて切削加工をした場合、インサート先端
部分は、700℃〜800℃の高温にさらされる。従来
のTi及びAlを主成分とした超硬合金製スローアウェ
イインサートに被覆した場合、鋼と皮膜との摩擦抵抗が
大きく、切削加工中におけるインサート先端部分は、更
に高温にさらされ、850℃〜900℃にまで達する。
よって、この様な表面被覆超硬合金製スローアウェイイ
ンサートにおいては、皮膜自身の耐酸性の限界を超えて
しまい、例えば、TiO2等といった非常にポーラスな
酸化膜が形成される。また、この様な切削温度の場合、
皮膜の酸化だけでは免れず、超硬合金基体にまで酸化が
及んでしまう。その結果、皮膜、基体ともに脆弱なもの
となり、欠損や剥離を生じ不十分な工具寿命となるので
ある。また、切削加工中、表面被覆スローアウェイイン
サートに付与される切削応力は、非常に高いために皮膜
が剥離し、やはり不十分な工具寿命となるのである。上
記のように、高硬度鋼材を十分な工具寿命で切削加工を
行うためには、皮膜の耐酸化性、及び密着性を向上させ
ることが工具寿命を著しく改善させるのである。
は、TiとAlの複合窒化物、炭窒化物、炭化物を被覆
したスローアウェイインサートにおいて、Alの一部を
Alに対して0.03原子%以上30.0原子%以下の
範囲でCr、Ce、Mo、Ndのうち1種もしくは、2
種以上に置き換え、その皮膜のX線回折における(11
1)面の回折強度をIa(111)、(220)面の回
折強度をIb(220)とした時にIb(220)/I
a(111)の値が1.0<Ib/Ia≦5.0の範囲
とすることにより、更にその皮膜のX線回折における
(111)面の回折強度をIa(111)、(200)
面の回折強度をIc(200)とした時にIc(20
0)/Ia(111)の値が2.0≦Ic/Ia≦4
0.0、且つ、Ib/Ia<Ic/Iaの範囲とするこ
とにより耐酸化性及び超硬合金基体との密着性が向上す
ることを見い出した。
は、著しく減少する。例えば、添加成分をXとした場
合、皮膜が大気中の高温にさらされると従来のTiとA
lを主成分とした皮膜の場合、TiO2と言ったような
非常にポーラスな酸化膜が形成されてしまったが、添加
成分Xを加えることにより、(Ti,X)O2といった
緻密な酸化膜が形成され、外部の酸化が皮膜中に拡散す
る量が著しく減少することを見い出した。この添加成分
の添加量を限定した理由について述べる。添加成分Xが
いずれのものであっても、Alに対し0.03原子%未
満である場合、粒界破壊を減少させる効果は認められな
かった。また、切削加工中に形成される酸化膜もTiO
2及びXO2が主体の非常にポーラスな酸化膜を形成し、
本発明者らが目的とする効果が認められなかった。ま
た、添加成分XがAlに対し、30.0原子%より多く
添加されると皮膜の残留圧縮応力が、−8.0〜−1
0.0GPaと非常に大きくなり、超硬合金基体との密
着性が著しく劣化することを確認した。更に、本発明者
らが発明した、TiとAl及びAlの一部をAlに対し
て、0.03原子%以上30.0原子%以上の範囲でC
r、Ce、Mo、Ndのうち、1種もしくは2種以上に
置き換えた。窒化物、炭窒化物及び炭化物の皮膜と比較
して熱膨張率が、1.5倍以上になることが認められ、
皮膜の高温物性を低下させるため、この範囲に限定した
のである。
散させるとともに、皮膜のX線回折において皮膜の(1
11)、(200)、(220)面の回折強度Iが、I
(111)<I(220)≦I(200)となること
で、皮膜の耐酸化性及び皮膜と超硬合金基体との密着性
が大幅に改善できることを見い出したのである。Ti、
Al及びAlの一部を他元素にて置換した複合窒化物、
炭窒化物、炭化物のうち、(111)面に強い配向を示
す皮膜は、非常に微細な柱状晶の構造をとる。また、皮
膜内部の残留応力も非常に大きいため、粒界破壊を生じ
る。この様に微細な柱状晶を持つ皮膜は、その粒界に生
じた微細なクラックに沿って酸素が侵入する。切削加工
中では工具自身が、850℃〜900℃もの高温にさら
されるため皮膜内に浸入してきた酸素の拡散エネルギー
が更に大きくなり、皮膜中の成分との酸化反応が促進さ
れ、ついには、超硬合金基体にまで酸化が及んでしまう
のである。また、この様な皮膜は、被加工物との衝撃に
より皮膜中にクラックが伝播し易く、用意に欠損や剥離
に至ってしまう。
ける(111)面と(220)面の回折強度をそれぞれ
Ia(111)、Ib(220)とした場合、Ib(2
20)/Ia(111)の値が、1.0<Ib(22
0)/Ia(111)≦5.0の範囲で皮膜の結晶粒径
が大きくなることを見い出したのである。また、皮膜の
結晶粒径が大きくなることで、粒界破壊が減少し、この
現象が密着性及び耐酸化性に大きく影響を及ぼすことを
見い出した。この数値を限定したのは、Ib/Ia≦
1.0、Ib/Ia>5.0であると微細な粒界破壊を
多く持つ(111)面に強く配向する皮膜となり、結晶
状態に変化が見られず、残留応力が−6.0GPa〜−
8.0GPaと非常に大きくなり、切削加工を行っても
効果が見られなかったため上記範囲に限定した。
面と(200)面の回折強度をそれぞれ、Ia(11
1)、Ic(200)とした場合、Ic(200)/I
a(111)の値が2.0≦Ic/Ia≦40.0の範
囲で皮膜の粒界破壊の減少が認められ、前述同様大きな
影響を及ぼすことを見い出した。この数値に限定したの
は、前述同様Ic/Ia>2.0、Ic/Ia>40.
0となる皮膜は、結晶に変化が見られないためである。
更に、皮膜のX線強度について、Ib/Ia<Ic/I
aと限定した理由について述べる。Ia(111)、I
b(220)、Ic(200)とした場合、Ib/Ia
>Ic/Iaとなると皮膜中の粒界破壊が増加し、微細
な柱状晶となってしまい、目的とする効果が得られなく
なるため、Ib/Ia>Ic/Iaとしたわけである。
以下、実施例に基づいて詳細に説明する。
元素を表1に示すようにCr、Ce、Mo、Ndのうち
1種もしくは2種以上添加して添加した複合窒化物、炭
窒化物、及び炭化物を所定の試験片に3μmの厚さにな
るように被覆し、その試料を用いて大気中800℃で1
時間保持し、形成された酸化層の厚さを測定した。その
結果も表1に併記する。
lに対して0.03原子%以上30.0原子%以下の範
囲で、Cr、Ce、Mo、Ndのうち1種もしくは2種
以上に置き換えた複合窒化物、炭窒化物、及び炭化物の
うち、皮膜で、1.0<Ib/Ia≦5.0、2.0≦
Ic/Ia≦40.0、及びIb/Ia<Ic/Iaと
したとき、酸化の進行状態は表面より1ミクロン未満し
か進まなかったのに対し、比較品では1.5〜2.5ミ
クロン前後まで進行し耐酸化性に優れることが確認でき
た。
ローアウェイインサートに3μmの厚さになるよう被覆
した。また、この時の比較のため本発明品を作成した装
置を用いて、比較材も作成した。これらの試料を用いて
正面フライス盤を用いてフライス切削を切削速度100
m/min、1刃当たりの送り量0.1mm/刃、切り
込み深さ2mm、被削材にSKD61(HRC45)
材、125mm巾、250mm長さを用い乾式で行い、
作成した表面被覆超硬合金製スローアウェイインサート
に剥離が発生するまでの切削可能距離を表1に併記す
る。
生するまでの切削距離を従来品の5倍以上の距離にのば
すことができたため、正常な摩耗で切削できるため膜本
来の耐摩耗性が発揮されるため長寿命化を計ることがで
きる。また、切削後のチップを実施例1と同様に観察し
たところ、初期に剥離を生じた従来品は酸化の進行も剥
離部分はより深く進んでいるのに対し、本発明品は一様
に進み安定した切削を行っていることが確認された。
インサートは、切削温度の上昇する高硬度鋼材の切削に
用いても皮膜の酸化が小さく、また高硬度鋼ゆえに生じ
る喰い付き時の衝撃による皮膜の剥離に対しても十分な
密着性を有しているため、著しく優れた工具寿命が得ら
れる。
Claims (2)
- 【請求項1】 TiとAlの複合窒化物、炭窒化物、炭
化物を被覆したスローアウェイインサートにおいて、A
lの一部をAlに対して0.03原子%以上30.0原
子%以下の範囲でCr、Ce、Mo、Ndのうち1種も
しくは、2種以上に置き換え、その皮膜のX線回折にお
ける(111)面の回折強度をIa(111)、(22
0)面の回折強度をIb(220)とした時にIb(2
20)/Ia(111)の値が1.0<Ib/Ia≦
5.0の範囲としたことを特徴とする表面被覆超硬合金
製スローアウェイインサート。 - 【請求項2】 請求項1記載の表面被覆超硬合金製スロ
ーアウェイインサートにおいて、その皮膜のX線回折に
おける(111)面の回折強度をIa(111)、(2
00)面の回折強度をIc(200)とした時にIc
(200)/Ia(111)の値が2.0≦Ic/Ia
≦40.0、且つ、Ib/Ia<Ic/Iaの範囲とし
たことを特徴とする表面被覆超硬合金製スローアウェイ
インサート。
Priority Applications (1)
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JP15009996A JP3447034B2 (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 表面被覆超硬合金製スローアウェイインサート |
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JPH09300105A true JPH09300105A (ja) | 1997-11-25 |
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JP15009996A Expired - Lifetime JP3447034B2 (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 表面被覆超硬合金製スローアウェイインサート |
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