JPH10176288A - 被覆硬質合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高能率切削において、長寿命でかつ安定した
切削を実現する被覆硬質合金を得るため、皮膜の密着性
をさらに高めた皮膜を提供する。 【解決手段】 ＴｉとＡｌの窒化物、炭窒化物、炭窒酸
化物、窒硼化物、炭窒硼化物の一種以上からなる第一の
硬質層を基体硬質合金に被覆した被覆硬質合金におい
て、第一の硬質層と基体硬質合金との間に、Ｔｉの窒硼
化物、炭窒硼化物より選ばれた少なくとも一種の第二の
硬質層を介在させることにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた耐摩耗性を
有する被覆硬質合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来はＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の皮膜が汎用
的かつ一般的であったが、近年、Ａｌを含有させ耐摩耗
性、耐酸化性を向上させる研究がなされ、特公平４−５
３６４２号、特公平５−６７７０５号に代表されるよう
に、Ａｌの添加効果を認める事例も種々存在する。しか
しながら、これらの事例は皮膜にＡｌを添加することに
より、皮膜の耐酸化性、耐摩耗性といった皮膜そのもの
の改善が行われたにすぎない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近では、切削を高能
率化する傾向が強く、切削速度ならびに切削送りは増加
する傾向にある。このような場合工具寿命を支配する因
子としては、皮膜の耐摩耗性、耐酸化性よりも皮膜の密
着性が極めて重要なものとなる。前記Ａｌを添加した皮
膜は一般に残留圧縮応力が高くその結果皮膜の密着性が
十分満足されるものでなく、この様な高能率な切削加工
においては、しばしば皮膜が剥離し工具の寿命、信頼性
を損なう結果となっている。従って、この様な高能率切
削においても、長寿命でかつ安定した切削を実現するた
めには、皮膜の密着性をさらに高める必要がある。一
方、密着性を向上させるために、密着性を劣化させる皮
膜の残留圧縮応力そのものを低減させる研究もなされて
はいるが、いまだ十分な効果をみるに至っていないのが
現状である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、皮膜の密
着性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、Ａｌを含有す
る高い圧縮応力を有する皮膜、例えば、ＴｉとＡｌの窒
化物、炭窒化物、炭窒酸化物、窒硼化物、炭窒硼化物の
一種以上からなる皮膜（「第一の硬質層」）の下に、比
較的に軟らかい皮膜（「第二の硬質層」）を介在させる
ことにより、Ａｌを含有する皮膜の高い圧縮応力は吸収
緩和され、その結果、皮膜の密着性を著しく改善できる
知見を得るに至った。このことは、皮膜に高い圧縮応力
が存在する場合には、皮膜と基体硬質合金の間にこの圧
縮応力に起因する高い剪断応力が作用し、この剪断応力
が皮膜の密着性を損なう要因であり、これを緩和、もし
くは除去することが皮膜の密着性を向上させることを示
唆するものである。つまり、高い圧縮応力を有する皮膜
と基体硬質合金の間に比較的軟らかい層を介在させるこ
とにより、この比較的軟らかい皮膜が高い圧縮応力をに
起因して界面に発生する剪断応力を吸収、緩和したもの
と考えられる。

【０００５】さらに、本発明者らは研究を重ねた結果、
これらの皮膜の下により軟らかい金属層を介在させるこ
とにより剪断応力をよりいっそう緩和させることができ
る結果を得るに至った。このことはより吸収エネルギー
が高く、またヤング率も低く転位が移動しやすい金属層
が歪みエネルギーを吸収するのにより効果的であること
に基ずく。以上の結果一刃あたりの送り量が０．４ｍｍ
を越えるような重断続切削においても、皮膜の剥離は抑
制され、安定した切削加工の実現が可能となった。

【０００６】また、本発明者らの研究によれば、介在さ
せる皮膜（「第二の硬質層」）に要求される条件は軟ら
かいことだけではなく、結晶粒は、比較的粗いほうがよ
り応力緩和に好ましく、また面粗さは良いほうが密着性
そのものの向上に好ましい結果となることが明らかとな
った。従来ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ等を介在させる例
もみられるが、本発明者らの研究によればＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＴｉＣはまず形成される皮膜の面粗さが粗くかつ
結晶粒も微細であるに加え、硬さが皮膜全体の密着性を
改善するのに十分に軟らかくなく、剪断応力の吸収、緩
和にあまり効果的ではない。本発明者らの研究によれ
ば、これらＴｉＮ、ＴｉＣＮに硼素を添加することによ
り、皮膜（「第二の硬質層」）の硬さは著しく低下し剪
断応力の吸収に格段に優れた特性を発揮するとともに、
表面粗さが著しく改善されるとともに、結晶粒が粗大化
し、皮膜の密着性が格段に改善された。

【０００７】次に数値を限定した理由を述べる。介在さ
せるＴｉの窒硼化物層、炭硼化物層（「第二の硬質
層」）の厚さは０．０５μｍ以下であると、応力緩和つ
まり皮膜の密着性の改善に効果がなく、５μｍを越える
と、Ａｌを含む皮膜全体の耐摩耗性を損なうため０．０
５μｍから５μｍとした。また介在させるＴｉ金属層の
厚さは５ｎｍ以下では同様に応力緩和つまり皮膜の密着
性の改善に効果がなく、５００ｎｍを越えるとこの金属
層内で切削中に塑性変形が発生し、反対に皮膜の密着性
を損なう結果となるため、５ｎｍから５００ｎｍとし
た。

【０００８】

【発明の実施の形態】

実施例１ 小型アークイオンプレーティング装置を用い表１に示す
条件において本発明例、比較例のコーティングを行いコ
ーティッド超硬エンドミルを試作した。硼素はターゲッ
ト金属の中に添加して、この硼素を添加したターゲット
金属を皮膜に添加した。また炭素はアセチレンガスを用
い添加した。ＴｉＡｌＮの膜厚は２．０μｍとした。

【０００９】

【表１】

【００１０】得られたエンドミルで、以下の切削条件に
て切削テストを行った。 エンドミル φ８ｍｍ ６枚刃 被削材 ＳＫＤ１１ ＨＲＣ６０ 切削速度 ４０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．０５ｍｍ／刃 切り込み １２ｍｍ ｘ ０．８ｍｍ 切削 乾式（ｄｒｙ）切削 剥離が発生するまで切削を行った。逃げ面もしくはすく
い面に幅で０．０５ｍｍ以上の皮膜剥離が発生した時点
の切削長を表１に併記した。

【００１１】表１より明らかなように、ＴｉＢＮもしく
はＴｉＢＣＮを介在させたエンドミルは皮膜の密着性が
良好でＨＲＣ６０の極めて硬い鋼の切削においても安定
な切削を実現するものである。

【００１２】実施例２ 表２に示すコーティング条件でＪＩＳＰ４０相当の超硬
インサートに本発明例と比較例のコーティングを行い次
の切削条件にてフライス切削を行い皮膜が剥離するまで
の切削長を求め、表２に併記する。 インサート ＪＩＳ Ｐ４０相当 ＳＥＥ４２ＴＮ 被削材 ＳＫＤ６１ ＨＲＣ４２ 切削速度 １６０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．１ｍｍ／刃 切り込み ２ｍｍ 切削 乾式（ｄｒｙ）切削

【００１３】

【表２】

【００１４】表２より明らかなように、ＴｉＢＮもしく
はＴｉＢＣＮを介在させたインサートは皮膜の密着性が
良好で ＨＲＣ４２位の高硬度の鋼のミーリング加工に
おいても極めて安定した切削を実現するものである。

【００１５】実施例３ 表３に示すコーティング条件にてＪＩＳ Ｐ４０相当の
超硬合金に本発明例並びに比較例に示すコーティングを
行い、表２に示した切削評価を行った。本実施例におい
ても、ＴｉＡｌＮの膜厚は３．０μｍとした。また、Ｔ
ｉ金属のコーティングにおいては、窒素ガスの導入を止
めて行った。

【００１６】

【表３】

【００１７】表３に皮膜に剥離が発生し、欠損に至る寿
命までの切削長を併記したが、Ｔｉ金属を介在させるこ
とにより、いっそうの寿命の向上が認められることが明
らかである。コーティング条件は実施例２と同様であ
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明により、高能率切削においても、
長寿命でかつ安定した切削を実現することが可能となっ
た。特に、残留圧縮応力の低減により膜が剥離したり、
チッピングが減少したため、正常な摩耗が得られたこと
による。

フロントページの続き (72)発明者 島 順彦 千葉県成田市新泉13番地の２ 日立ツール 株式会社 成田工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＴｉとＡｌの窒化物、炭窒化物、炭窒酸
   化物、窒硼化物、炭窒硼化物の一種以上からなる第一の
   硬質層を基体硬質合金に被覆した被覆硬質合金におい
   て、前記第一の硬質層と前記基体硬質合金との間に、Ｔ
   ｉの窒硼化物、炭窒硼化物より選ばれた少なくとも一種
   の第二の硬質層を介在させたことを特徴とする被覆硬質
   合金。
2. 【請求項２】 請求項１記載の被覆硬質合金において、
   前記第二の硬質層の層厚が０．０５μｍから５μｍであ
   ることを特徴とする被覆硬質合金。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の被覆硬質合金にお
   いて、前記基体硬質合金と前記第二の硬質層との間に、
   層厚で５ｎｍから５００ｎｍのＴｉ金属層を介在させた
   ことを特徴とする被覆硬質合金。