JPH10176288A - 被覆硬質合金 - Google Patents
被覆硬質合金Info
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Abstract
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
有する被覆硬質合金に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
Claims (3)
- 【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。 - 【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。 - 【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。
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---|---|---|---|
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-12-10 JP JP34675596A patent/JP3859286B2/ja not_active Expired - Fee Related
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