JPS6256231B2

JPS6256231B2 -

Info

Publication number: JPS6256231B2
Application number: JP57008567A
Authority: JP
Inventors: Takeji Asai; Kenichiro Yamagishi
Original assignee: Fujikoshi KK
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1982-01-22
Filing date: 1982-01-22
Publication date: 1987-11-25
Also published as: JPS58126902A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は従来使用されているチタン合金被覆切
削工具に比較して、再研削後も切削耐久性が優れ
る、高速度工具鋼により形成された切削工具表面
に被覆処理した切削工具に関する。従来のチタン合金被覆切削工具では再研削する
とすくい面（例えばホブ）または逃げ面（例えば
ドリル）の被覆層は取り去られるためこれら部分
の摩耗は母材である高速度工具鋼の耐摩耗性に負
うことになるため、例えばホブではすくい面のク
レーター摩耗が発達し稜線の破壊すなわちチツピ
ング摩耗に及ぶことがある。本発明の工具では母材である高速度工具鋼が粉
末冶金法でしか製造し得ない超高Ｖ高Co成分か
ら成つているため、靭性と被研削性とをそこなう
ことなく、優れた耐熱性と耐摩耗性を有するた
め、再研削後も再研削面の摩耗が小さくかつ被覆
層の残つている面の被覆層が摩滅しても大幅な摩
耗進行を食い止め得る特徴を有するものである。即ち本発明は、切削工具において、それぞれ重
量％で、C1.80〜3.30％．Si0.10〜0.60％．
Mn0.10〜0.60％．Mo3.0〜5.0％．W7.0〜11.0
％．Cr3.5〜5.0％．Co7.0〜10.0％．N0.005〜0.3
％であつて、V.Nb.Tiの１種類あるいはこれらの
中の２種類以上の和が8.0〜11.0％で、残部はFe
および不純物であり、粉末冶金法によつて製造さ
れた粉末高速度鋼によつて形成された切削工具表
面に、周期律表のａ族、ａ族またはａ族の
金属の炭化物、窒化物または炭窒化物、またはア
ルミナ（Al₂O₃）を一層、または任意異種二層以
上を蒸着させ、切削工具の再研削後被覆層の取り
去られたすい面のクレーター摩耗または逃げ面の
摩耗を低減して切刃稜線のチツピング摩耗をなく
すようにしたことを特徴とする被覆処理した切削
工具を提供するものである。次に本発明の切削工具を形成する高速度鋼即ち
本発明鋼の製造法および各成分の限定理由を述べ
る。本発明鋼の製造法は、本発明鋼の成分では従来
の溶解法によつた場合、巨大なバナジウム炭化物
が出来るので鋼塊の鍛造、圧延が不可能であり、
かつ鋳造法で工具を作つたとしても同様の理由で
切削、研削加工は極めて困難なばかりか、切削工
具として具備すべき靭性も持ち得ない。しかし粉
末冶金法で製造した場合は炭化物は微細均一に分
布するため全ての成形加工が従来の高速度工具鋼
と同様に行なうことができる他、靭性もJIS
SKH₉を溶解法で製造したものと大差ない程度の
ものとなる。従つて本発明鋼の製造法は粉末冶金
法に限定される。Ｃは本発明鋼に十分な硬さ（Ｈ_RC65〜69）を
熱処理によつて与えるために不可欠な成分である
がその含有量が1.80％未満では硬さが不十分であ
り、3.30％を超えると熱間塑性加工性及び靭性を
損なうので、Ｃの含有量は1.80〜3.30％とした。 Si及びMnは脱酸剤として一般的に含有する範
囲である0.1〜0.6％とした。 W.Moは耐摩耗性、耐熱性を与えるため不可欠
であるが本発明鋼では耐熱性に対するCo及びＶ
の補助効果を大きくしてW.Moのバランスを靭
性、焼入性重視のものとした。すなわちW7.0％
未満では焼入性さらには耐熱性が低下し11.0％を
超えると靭性が低下するため、Ｗの範囲を7.0〜
11.0％とした。またMoは3.0％未満で十分な耐熱
性を与えるにはW11％以上が必要であつて靭性低
下が著しくまた5.0％をこえかつＷを７％以下に
した場合は、焼入性と耐熱性が低下する。よつて
Moは3.0〜5.0％の範囲に限定した。 Crは焼入性、焼もどし抵抗性を与えるが、3.5
％未満では効果が少なくかつ５％以上では靭性を
損なうため3.5〜5.0％の範囲とした。 V.NbおよびTiはＣと結合してVc.Nbcあるいは
TiC炭化分を形成し、これが著しく耐摩耗性を向
上させる。本発明鋼の最も特徴とするのは、この
V.Nb.Tiの１種または２種以上の合計即ち（Ｖ＋
Nb＋Ti）が大量に含有されていることにあり、
これがＣとの適切なバランスによりオーステナイ
ト結晶粒の粗大化を抑え、焼入性を損なわず耐熱
性の向上にも寄与している。しかして、前記Ｃの
範囲では（Ｖ＋Nb＋Ti）は８％以下ではこれら
の効果が小さく、11％以上では焼入性を著しく損
なうことになるためその範囲を8.0〜11.0％とし
た。（Ｖ＋Nb＋Ti）で限定したのは三者同様な作
用を有するためである。 Coは基地に固溶し耐熱性を向上させるが靭性
を損なう。すなわち７％未満では耐熱性が不十分
であり、10％以上では靭性低下が著しい。したが
つてCoは7.0〜10.0％をその範囲とした。Ｎは溶解法、粉末冶金法いずれの製法でも微量
含有されてくるが、本材料は製造上Ｎを0.005％
以下におさえることは困難であること。特に結晶
粒の微細化を促進して高靭性と要する工具材料と
してはＮは0.03〜0.3がのぞましいことから両者
を包含する0.005〜0.3％をその含有量として限定
した。次に上記材料を使用した工具にａ族、ａ
族、あるいはａ族金属の炭化物、窒化物あるい
は炭窒化物およびアルミナ（Al₂O₃）を一層また
は任意異種二層以上を蒸着させる理由を述べる。本発明鋼は大量に微粒VC・NbCあるいはTiC
炭化物を含有しており、上記被覆層と同族あるい
は近似族であり、いずれも面心方晶の原子配列を
しているため蒸着層のエピタキシ―生長がスムー
ズに進行するため密着性及び膜の緻密性も良好で
ある。上記化合物は種類によりHV1300〜3800に達す
る高硬さにあり蒸着厚さ１〜５μｍでも一般の切
削に対し同一摩耗量に達するまでに２〜20倍に及
ぶ切削長さを確保することが可能でありすでに工
業化されている化学蒸着法及び物理蒸着法を容易
に適用することができることにより限定した。 a.a.ａ各族のいずれも炭化物、窒化物を
限定した理由は夫々耐摩耗性、潤滑性に差違があ
りアブレツシブな摩耗を受け易い用途には炭化物
を、凝着摩耗を受け易い用途には窒化物を用いる
使い分けが有効であるためであり、炭窒化物はそ
の中間的な存在として限定した。任意異種二層以
上を蒸着させる理由は上記のとおり夫々の化合物
には特徴があり二層あるいはそれ以上を積層にす
ることにより相乗効果を得ることができるばかり
でなく、母材質との熱膨張係数の違いに起因する
膜内ストレス極端な場合は無着層のはく離を防止
する効果も大なるがためである。以上限定した高速度工具鋼の切削工具に蒸着処
理を施こしたものが本発明であるが次にその特徴
を図をもつて例示し本発明によつて得られる利点
を説明する。なお図中「発明鋼Ｎ」は本発明の切
削工具を形成する高速度工具鋼の１例をとりあげ
たものであり、次の化学成分を有するものであ
る。 C2.41％．Si0.36％．Mn0.37％．P0.021％．
S0.011％．Cr4.13％．Ni0.08％．Cn0.04％．
Mo3.21％．W9.90％．V8.73％．Co9.88％．
N0.0181％第１図は「発明鋼Ｎ」とJIS SKH₉との高温硬
さを示すグラフ、第２図は「発明鋼Ｎ」とSKH₉
の大越式迅速摩耗試験法による耐摩耗性を示すグ
ラフである。いずれの場合も「発明鋼Ｎ」には被
覆処理が施されていない。本発明の切削工具を形
成する工具鋼の特徴である切削耐摩耗性について
は対比して示したが、溶解法で製造したJIS
SKH₉にくらべ優れていることが明らかである。
また第３図は第１図、第２図の場合と同様の被覆
処理の施されていない「発明鋼Ｎ」の曲げ試験結
果を同様に示したが靭性はJIS SKH₉にくらべ何
ら劣るものでなく十分に工具刃先として耐え得る
ことがわかる。すなわち「発明鋼Ｎ」は粉末冶金
法で製造するが故に、あらゆる被加工性は経済性
を大きくそこなうものでなく、かつ数10体積％に
も及ぶ微粒VC.NbCあるいはTiC炭化物の均一分
布組織なるがため、著しい耐摩耗性を発揮し得
る。かかる材料の「発明鋼Ｎ」に本発明の蒸着被覆
を施すと、硬質物質の蒸着工具の特徴である(1)一
般条件での長寿命化(2)高速切削（100m／min以
上）領域への拡大(3)難削材切削領域への拡大等に
対し再研削面の摩耗低下、蒸着層の摩滅後の急激
な摩耗進行を食いとめることを可能ならしめてい
るのである。また数10数体積％にも及ぶ微粒VC.
NbCあるいはTiC炭化物が均一にマトリツクスに
分散しているが故、蒸着層が同質系の物質で構成
されるので密着性ならびに結晶成長がエピタキシ
ーになり易く極めて切削性能に有利な膜質が得ら
れる利点がある。即ち第４Ａ図と第４Ｂ図はそれ
ぞれ本発明の実施例の切削工具であるソリツドホ
ブと他の高速度鋼で形成したホブと他の高速度鋼
で形成したソリツドホブをそれぞれ切削速度
117m／min、送り４mm／rev.シフトなし、被削ギ
ヤ（SCM415.HB150〜160.モジユール３、圧力角
20゜）クライムカツト、切削油使用の切削条件で
切削したホブ切削の切削長さに対応する逃げ面摩
耗（第４Ａ図）とクレータ摩耗（第４Ｂ図）をそ
れぞれ示すグラフである。即ち、JIS SKH₁₀と
「発明鋼Ｎ」で作られたホブのイオンプレーテイ
ング法によるTiCコーテイングの施こしてあるも
のと無いものの同一条件による切削試験結果の一
例である。この結果明らかにホブ逃げ面摩耗に対
するTiCコーテイング効果、「発明鋼Ｎ」の耐ク
レーター効果、更に逃げ面摩耗に対する「発明鋼
Ｎ」＋TiCコーテイング（実施例）の組み合わせ
効果が認められ「発明鋼Ｎ」に生成する蒸着層の
膜厚が切削性向上に寄与しているところが大きい
ことがわかる。第５Ａ図および第５Ｂ図は本発明
の実施例のソリツドホブと従来品ソリツドホブを
切削条件、切削速度120m／min、送り1.6mm／
rev、シフト1.35mm、被削ギヤ（SCr415（Hv160
〜200）、モジユール３、圧力角20゜）クライムカ
ツト、切削油使用の条件で切削したホブ切りのギ
ヤー加工数に対応する逃げ面摩耗（第５Ａ図）と
クレーター摩耗（第５Ｂ図）との関係をそれぞれ
示すグラフである。この結果、明らかにJIS
SKH₅₅（溶解法）＋TiCコーテイングより、逃げ
面摩耗およびクレーター摩耗のいずれも本発明の
ものが優れており、工具寿命の延長に大きな寄与
をしていることがわかる。また、第６図はソリツドホブで切削速度20m／
min、送り0.5mm／rev、シフトなし、被削ギヤ
（S₅₀C HB₄₇₅モジユール３、圧力角20゜）をクラ
イムカツト、切削油使用条件でいわゆる難削材切
削した結果であるが本発明の工具はJIS SKH₅₅に
TiCをコーテイングしたものより逃げ面摩耗量少
なく２倍以上の切削量に耐え得ることが示され
る。本条件ではクレーター量はいずれも微少であ
るが逃げ面は強くアブレージプルな摩耗を受けて
コーテイング層も摩滅していくが母材の耐摩耗性
の影響が強く出てこのような性能差が見られるに
至つた実施例である。なお、本発明の各実施例に
おいて「発明鋼Ｎ」としてモジユール：３、圧力
角：20゜の標準型ホブを用い、これにチタン化合
物のコーテイングを施した。コーテイング装置と
して第７図に示す特公昭56−42672号公報に開示
されている装置を用いた。すなわち１は減圧室、
２は電子銃、３はチタンの蒸発源、４は被覆材料
すなわちチタン、５は被処理品の支持部材、６は
回転軸、７は電流導通用のブラシ、８は被処理品
すなわちソリツドホブ、９はイオン化電極、１０
はイオン化電源、１１は被覆材料チタンと結合す
るに要するガスの導入管、１２はガス導入管の吹
出口、１３はガス制御弁、１４はソリツドホブに
負電位を与えるためのバイアス電源、１５は真空
ポンプへ連がる排気口を示す。コーテイング条件は次のとおりである。減圧室１の圧力：２×10^-3Torr（0.266Pa）電子銃２：直流800V，1A，270゜磁場偏向チタンの蒸発源３：水冷機構をそなえた銅製る
つぼチタン４：99.9％純度のチタン支持部材５：ボルト締め機構をそなえたステン
レス鋼（SUS304）製治具回転軸６：直径20mmのステンレス鋼
（SUS304）製丸棒、回転数毎分30回転ブラシ７：ステンレス鋼（SUS304）製イオン化電極９：リング状モリブデン線（直径
８mm）電極イオン化電源１０：直流200V 50A ガス導入管１１：外径10mm、内径６mmのステン
レス鋼（SUS304）製パイプガス吹出口１２：径６mm ガス制御弁１３：アセチレンガス（第４，５及
び第６図のTiCコーテイングの場合）または
窒素ガス（第６図のTiNコーテイングの場
合）を減圧室１の圧力を２×10^-3Torr
（0.266Pa）になるように制御バイアス電源１４：直流1000V 1A 排気口１５：真空排気ポンプへ直結コーテイング時間：第４図の場合は30分、第５図
の場合は40分、第６図の場合は50分さらに、ソリツドホブの左端側切刃を切断し、
すくい面側を研削して切歯外周を1000倍光学顕鏡
でコーテイング層の厚みを測定した。その結果は
第１表に示すとおりである。

【表】て最小値と最大値を示す。
さらに密着性については、コーテイング層の上
からJIS Z2245ロツクウエル硬さ試験方法のロツ
クウエル硬さＣスケール測定法を適用し圧痕周辺
の塑性変形によつて発生するコーテイング層の剥
離状況を判定したところ第２表に示す供試材のテ
ストピース（10×10×20mm）をＨ_RC66〜67に焼
入焼もどしして研削し、第６図の場合と同一の条
件にして回転可能な治具にとりつけ、同時処理を
行なつたものについて前述の方法によつて密着性
を評価した結果は第３表に示す通りであつた。こ
の表の結果からも発明材にコーテイングされた
TiN層の密着性は比較材にくらべて明確に改良さ
れており切削性能でよりすぐれたフランク摩耗を
示していたことを裏付けた。

【表】

【表】以上のとおり本発明は従来の高速度工具鋼の切
削工具の摩耗を大巾に縮減することを可能ならし
めるものであり、工具母材質に超高Ｖ（Nbある
いはTi）型の溶解法では製造し得ない成分を与
えかつ化学蒸着法または物理蒸着法によつて炭化
物、窒化物、酸化物のうち有効な化合物をコーテ
イングしてなることを特徴とする最高級高速度工
具鋼切削工具を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で切削工具を形成する工具鋼の
１例即ち「発明鋼Ｎ」とJIS SKH₉との高温硬さ
を示すグラフ、第２図は「発明鋼Ｎ」とSKH₉と
の大越式迅速摩耗試験法による耐摩耗性を示すグ
ラフ、第３図は「発明鋼Ｎ」とSKH₉との曲げ試
験による抗折力を示すグラフ、第４Ａ図と第４Ｂ
図とはそれぞれ本発明の実施例の切削工具である
ホブと他の高速度鋼で形成したホブとにおける切
削長さに対応する逃げ面摩耗（第４Ａ図）とクレ
ーター摩耗（第４Ｂ図）とのそれぞれの関係を示
すグラフ、第５Ａ図と第５Ｂ図とは本発明の実施
例のホブと従来品ホブとの第４Ａ図および第４Ｂ
図とは異なる切削条件により切削したホブ切りの
ギヤー加工数に対応する逃げ面摩耗（第５Ａ図）
とクレーター摩耗（第５Ｂ図）との関係をそれぞ
れ示すグラフである。更に第６図は本発明の実施
例の切削工具であるホブと他の高速度鋼で形成し
たホブとにおける高硬度被削材の切削時の切削長
と逃げ面摩耗の関係を示すグラフ、第７図は本発
明鋼のコーテイングに用いられたコーテイング装
置の一例を示す概略図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１切削工具において、それぞれ重量％で、
C1.80〜3.30％．Si0.10〜0.60％．Mn0.10〜0.60
％．Mo3.0〜5.0％．W7.0〜11.0％．Cr3.5〜5.0
％．Co7.0〜10.0％．N0.005〜0.3％であつて、V.
Nb.Tiの１種類あるいはこれらの中の２種類以上
の和が8.0〜11.0％で、残部はFeおよび不純物で
あり、粉末冶金法によつて製造された粉末高速度
鋼によつて形成された切削工具表面に、周期律表
のａ族、ａ族またはａ族の金属の炭化物、
窒化物または炭窒化物、またはアルミナ
（Al₂O₃）を一層、または任意異種二層以上を蒸着
させ、切削工具の再研削後被覆層の取り去られた
すくい面のクレーター摩耗または逃げ面の摩耗を
低減して稜線のチツピング摩耗をなくすようにし
たことを特徴とする被覆処理した切削工具。