JPS6321751B2 - - Google Patents

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JPS6321751B2
JPS6321751B2 JP59004536A JP453684A JPS6321751B2 JP S6321751 B2 JPS6321751 B2 JP S6321751B2 JP 59004536 A JP59004536 A JP 59004536A JP 453684 A JP453684 A JP 453684A JP S6321751 B2 JPS6321751 B2 JP S6321751B2
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JP
Japan
Prior art keywords
cutting
phase forming
dispersed phase
carbonitrides
hard
Prior art date
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Expired
Application number
JP59004536A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60149775A (ja
Inventor
Hironori Yoshimura
Naohisa Ito
Kenichi Nishigaki
Katsuaki Anzai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
Priority to JP453684A priority Critical patent/JPS60149775A/ja
Publication of JPS60149775A publication Critical patent/JPS60149775A/ja
Publication of JPS6321751B2 publication Critical patent/JPS6321751B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は、高靭性および高硬度を有し、さら
に特にすぐれた耐酸化性を有し、かつ耐摩耗性、
耐塑性変形性、および耐衝撃性にもすぐれ、した
がつて、これらの特性が要求される高速切削に、
切削工具として用いた場合にすぐれた性能を発揮
する表面被覆サーメツト部材に関するものであ
る。 近年、加工能率向上のために切削速度の高速化
が検討されているが、切削速度を速くすると、切
削工具の刃先温度が上昇し、刃先が摩耗よりは、
むしろ高温に起因する塑性変形によつて使用寿命
に至る場合が多い。 しかしながら、現在切削工具として実用に供さ
れている硬質分散相が主として炭化タングステン
(以下WCで示す)や炭化チタン(以下TiCで示
す)で構成され、一方結合相が主として鉄族金属
で構成されているWC基超硬合金や、TiC基サー
メツトは、刃先温度が1000℃を越えると急激に軟
化するようになるために、これらのWC基超硬合
金やTiC基サーメツトは勿論のこと、これらの表
面に硬質被覆層を形成したものにおいても、その
使用条件は刃先温度が1000℃を若干上廻る程度に
制限され、刃先温度が1000℃をはるかに超える温
度になる高速切削に供することはできないのが現
状である。 また、硬質分散相がTiとWの複合金属炭窒化
物(以下、(Ti,W)CNで示す)で構成され、
一方結合相がW―Mo合金で構成されたサーメツ
トが提案され、この(Ti,W)CN基サーメツト
を高速切削用切削工具として用いる試みもなされ
ているが、この従来(Ti,W)CN基サーメツト
は、耐酸化性に劣るものであるために、切削速度
が250m/min近くになると、摩耗、特に前切刃
の境界摩耗が著しく発達し、短かい使用寿命しか
示さないものである。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、高速切削に適した切削工具を開発すべく研究
を行なつた結果、重量%で(以下%は重量%を示
す)、 硬質分散相形成成分として、Tiと、Wと、元
素周期律表のTiを除く4aおよび5a族金属のうち
の1種または2種以上との複合金属炭窒化物固溶
体(以下、(Ti,M,W)CNで示す):10〜65
%、 を含有し、さらに、 同じく硬質分散相形成成分として、Al,Y,
およびZrの酸化物(以下Al2O3,Y2O3,および
ZrO2で示す)のうちの1種または2種以上:0.5
〜10%と、 酸化マグネシウム(以下Mgoで示す):0.01〜
1%、 のいずれか、または両方を含有し、残りが結合相
形成成分としてのWと不可避不純物からなる組成
を有するサーメツト基体の表面に、 Ti,Zr,およびHfの炭化物,窒化物,炭窒化
物,および炭窒酸化物,並びにAlの酸化物およ
び酸窒化物(以下、それぞれTiC,ZrC,HfC,
TiN,ZrN,HfN,TiCN,ZrCN,HfCN,
TiCNO,ZrCNO,HfCNO,Al2O3,および
AlONで示す)のうちの1種の単層または2種以
上の複層からなる硬質被覆層を形成してなる表面
被覆サーメツト部材は、高靭性および高硬度を有
し、さらに特にすぐれた耐酸化性を有し、かつ耐
摩耗性,耐塑性変形性,および耐衝撃性にもすぐ
れた特性をもつことから、これを切削速度が250
m/min付近の高速切削に使用した場合にも、き
わめてすぐれた切削性能を著しく長期に亘つて発
揮するという知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成を上記の通りに限定
した理由を説明する。 (a) (Ti,M,W)CN これらの成分は、主体硬質分散相形成成分であ
つて、サーメツト基体にすぐれた耐摩耗性と耐塑
性変形性を付与せしめる作用があるが、その含有
量が10%未満では、結合相を形成する金属Wの素
地中にスケルトンを形成することなく均一に分散
してしまつて前記作用を十分に発揮させることが
できず、一方65%を越えて含有させると、相対的
に結合相の量が減少し、サーメツト基体の靭性が
劣化するようになることから、その含有量を10〜
65%と定めた。 (b) Al2O3,Y2O3,およびZrO2 これらの成分は、いずれも分散相形成成分であ
つて、そのほとんどが素地に均一に分散し、特に
サーメツト基体の耐酸化性を向上させるほか、耐
摩耗性を向上させる作用をもつが、その含有量が
0.5%未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方10%を越えて含有させると、耐衝撃性および
耐塑性変形性が低下するようになることから、そ
の含有量を0.5〜10%と定めた。 (c) Mgo Mgo成分は、そのほとんどが焼結時に(Ti,
W)・CNまたは(Ti,M,W)CN中のCと反応
して基体のC量を減少させると同時に、焼結性を
改善し、かつそのわずかな量が基体中に残留して
耐衝撃性を著しく向上させる作用をもつが、その
含有量が0.01%未満では前記作用に所望の効果が
得られず、一方その含有量が1%を越えると、基
体にポアが残存し、基体の耐衝撃性および耐塑性
変形性に劣化傾向が現われるようになることか
ら、その含有量を0.01〜1%と定めた。 (d) Wおよび不可避不純物 Wは、その一部が硬質相に固溶するが、大部分
は結合相として存在して硬質被覆層と強固に結合
し、部材にすぐれた耐衝撃性を付与する作用を有
するものである。また、不可避不純物として、
Mo,Cr,Fe,Ni,Co,Re,Pt,およびPdなど
のうちの1種または2種以上を含有しても、それ
ぞれの含有量が1%以下であれば基体の特性が何
ら損なわれるものではない。 さらに、この発明の表面被覆サーメツト部材に
おける耐摩耗性のすぐれた硬質被覆層は、特に基
体の構成成分であるWとの結合力が強く、基体表
面と強固に密着するもので、通常の化学蒸着法や
物理蒸着法によつて形成することができるが、こ
の場合の層厚は、平均層厚で0.5〜20μmとするの
が望ましく、これは0.5μm未満では所望の耐摩耗
性を確保することができず、一方20μmを越える
と部材自体の靭性劣化が著しくなるという理由に
よるものである。 つぎに、この発明の表面被覆サーメツト部材を
実施例により具体的に説明する。 実施例 通常の粉末冶金法にて、それぞれ第1表に示さ
れる成分組成〔(Ti,M,W)CNの数字は原子
比を示す〕をもつたサーメツト基体を製造し、こ
れよりJIS・SNP432の形状をもつた切削チツプ
を切出し、ついでこの切削チツプの表面に、通常
の化学蒸着法および物理蒸着法を用いて、同じく
第1表に示される組成(組成における数字は原子
比を示す)および層厚をもつた硬質被覆層を形成
することによつて本発明表面被覆サーメツト部材
としての本発明表面被覆切削チツプ1〜9および
比較表面被覆サーメツト部材としての比較表面被
覆切削チツプ1〜4を製造し、さらに基体の成分
組成はこの発明の範囲内にあるが、硬質被覆層の
形成がない比較切削チツプを製造した。なお、比
較表面被覆切削チツプ1〜
【表】 (*印:本発明範囲外)
4は、基体の成分組成がこの発明の範囲から外れ
た組成をもつものである。 ついで、この結果得られた本発明被覆切削チツ
プ1〜9、比較表面被覆切削チツプ1〜4,およ
び比較切削チツプについて、 被削材:JIS・SNCM―8(硬さ:HB270)、 切削速度:250m/min、 送り:0.36mm/rev.、 切込み:1.5mm、 切削時間:10min、 の条件での高速連続切削試験、並びに 被削材:JIS・SNCM―8(硬さ:HB270)、 切削速度:200m/min、 送り:0.3mm/rev.、 切込み:3mm、 切削時間:3m の条件での断続切削試験を行ない、高速連続切削
試験では、切刃のすくい面摩耗深さと逃げ面摩耗
幅を測定し、また断続切削試験では10個の試験切
刃のうち、その刃先に欠損が発生した切刃数を測
定した。これらの測定結果を第1表に合せて示し
た。また、第1表には、比較の目的で、市販の
ISOのP10グレードのWC基超硬合金製切削チツ
プ(以下従来切削チツプ1という)、TiC―10%
Mo―15%Niの組成を有するTiC基サーメツト製
切削チツプ(以下従来切削チツプ2という)、お
よび前記従来切削チツプ1の表面に、内層として
平均層厚:6μmのTiCを被覆し、さらにその上に
表面層として平均層厚:1μmのAl2O3を被覆して
なる表面被覆切削チツプ(以下従来切削チツプ3
という)の上記と同一の切削条件での切削試験結
果を示した。 第1表に示される結果から、本発明表面被覆切
削チツプ1〜9は、いずれも上記の厳しい条件で
の切削試験ですぐれた耐摩耗性と耐衝撃性を示す
のに対して、基体の成分組成がこの発明の範囲か
れ外れた比較表面被覆切削チツプ1〜4は、耐摩
耗性および耐衝撃性のうちの少なくともいずれか
の特性が劣つたものになつており、また基体の成
分組成はこの発明の範囲内にあるが硬質被覆層の
形成がない比較切削チツプはすぐれた耐衝撃性を
示すものの、耐摩耗性の劣つたものになつてい
る。さらに、従来切削チツプ1〜3は、いずれも
切削速度が250m/minの高速になると耐摩耗性
が低下するようになるばかりでなく、耐衝撃性に
ついても上記の試験条件が厳しい断続切削試験で
は劣つた結果しか示さないことが明らかである。 上述のように、この発明の表面被覆サーメツト
部材は、基体が高硬度および高靭性を有し、さら
に特にすぐれた耐酸化性を有し、この結果、基体
はすぐれた耐摩耗性、耐塑性変形性、および耐衝
撃性を有するものとなり、さらにこれに加えて基
体表面に形成された硬質被覆層は高硬度および化
学的安定性を有するばかりでなく、基体表面に著
しく強固に密着しているので一段とすぐれた耐摩
耗性が確保されるようになり、したがつて、これ
を特に鋼や鋳鉄などの高速切削や重切削に切削工
具として用いた場合に、きわめてすぐれた切削性
能を著しく長期に亘つて安定的に発揮するもので
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 硬質分散相形成成分として、Tiと、Wと、
    元素周期律表のTiを除く4aおよび5a族金属のう
    ちの1種または2種以上との複合金属炭窒化物固
    溶体:10〜65%、 同じく硬質分散相形成成分として、Al、Y、
    およびZrの酸化物のうちの1種または2種以
    上:0.5〜10%、 を含有し、残りが結合相形成成分としてのWと不
    可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する
    サーメツト基体の表面に、 Ti、Zr、およびHfの炭化物、窒化物、炭窒化
    物、および炭窒酸化物、並びにAlの酸化物およ
    び酸窒化物のうちの1種の単層または2種以上の
    複層からなる硬質被覆層を形成してなる切削工具
    用表面被覆サーメツト部材。 2 硬質分散相形成成分として、Tiと、Wと、
    元素周期律表のTiを除く4aおよび5a族金属のう
    ちの1種または2種以上との複合金属炭窒化物固
    溶体:10〜65%、 同じく硬質分散相形成成分として、酸化マグネ
    シウム:0.01〜1%、 を含有し、残りが結合相形成成分としてのWと不
    可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する
    サーメツト基体の表面に、 Ti、Zr、およびHfの炭化物、窒化物、炭窒化
    物および炭窒酸化物、並びにAlの酸化物および
    酸窒化物のうちの1種の単層または2種以上の複
    層からなる硬質被覆層を形成してなる切削工具用
    表面被覆サーメツト部材。 3 硬質分散相形成成分として、Tiと、Wと、
    元素周期律表のTiを除く4aおよび5a族金属のう
    ちの1種または2種以上との複合金属炭窒化物固
    溶体:10〜65%、 硬質分散相形成成分として、Al、Y、および
    Zrの酸化物のうちの1種または2種以上:0.5〜
    10%、 同じく硬質分散相形成成分として、酸化マグネ
    シウム:0.01〜1%、 を含有し、残りが結合相形成成分としてのWと不
    可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する
    サーメツト基体の表面に、 Ti、Zr、およびHfの炭化物、窒化物、炭窒化
    物および炭窒酸化物、並びにAlの酸化物および
    酸窒化物のうちの1種の単層または2種以上の複
    層からなる硬質被覆層を形成してなる切削工具用
    表面被覆サーメツト部材。
JP453684A 1984-01-13 1984-01-13 切削工具用表面被覆サ−メツト部材 Granted JPS60149775A (ja)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0788569B2 (ja) * 1986-09-04 1995-09-27 三菱マテリアル株式会社 耐欠損性のすぐれた切削工具用表面被覆硬質合金
JPH0745707B2 (ja) * 1986-11-25 1995-05-17 三菱マテリアル株式会社 高速切削用表面被覆炭窒化チタン基サ−メツト
WO1998015671A1 (de) * 1996-10-09 1998-04-16 Widia Gmbh Verbundkörper, verfahren zu seiner herstellung und verwendung des verbundkörpers

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6151032A (ja) * 1980-12-09 1986-03-13 ヘキスト・セラニーズ・コーポレーション 異方性メルト相形成性重合体

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