JP2000061708A - 被覆硬質工具 - Google Patents
被覆硬質工具Info
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- JP2000061708A JP2000061708A JP10231453A JP23145398A JP2000061708A JP 2000061708 A JP2000061708 A JP 2000061708A JP 10231453 A JP10231453 A JP 10231453A JP 23145398 A JP23145398 A JP 23145398A JP 2000061708 A JP2000061708 A JP 2000061708A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明では、切削の高速化、乾式化にたいし
皮膜の潤滑性を向上する膜と組み合わせることにより切
削の高速化、乾式化を可能にすることを目的とする。 【構成】 ＴｉとＡｌを主成分とする窒化物、炭窒化
物、窒硼化物、もしくは炭窒硼化物を被覆した被覆硬質
合金において、該ＴｉとＡｌの化合物皮膜の上に外層と
して（ＴｉxＶ1-x）で表わされる窒化物、炭窒化物、窒
酸化物もしくは炭窒酸化物が被覆され、ｘが０．９以下
であることを特徴とする被覆硬質工具。
皮膜の潤滑性を向上する膜と組み合わせることにより切
削の高速化、乾式化を可能にすることを目的とする。 【構成】 ＴｉとＡｌを主成分とする窒化物、炭窒化
物、窒硼化物、もしくは炭窒硼化物を被覆した被覆硬質
合金において、該ＴｉとＡｌの化合物皮膜の上に外層と
して（ＴｉxＶ1-x）で表わされる窒化物、炭窒化物、窒
酸化物もしくは炭窒酸化物が被覆され、ｘが０．９以下
であることを特徴とする被覆硬質工具。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、皮膜の耐酸化性、潤滑
性に優れ、結果優れた耐摩耗性を有する被覆硬質工具に
関する。
性に優れ、結果優れた耐摩耗性を有する被覆硬質工具に
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、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、Ａｌの添加効果を認
める事例も種々存在する。（例えば、特開平８−１７０
１６７号） これらは、皮膜にＡｌを添加することにより、皮膜の耐
酸化性、耐摩耗性は確かに改善は成されている。しかし
ながら、最近は切削速度がさらに高速化する傾向にある
に加え、乾式での切削が環境問題上重要視されている。
このような場合工具の刃先温度は著しく高温になり、例
えば、特開平４−２２１０５７号公報に提案されている
ように、その対策として（ＶxＴｉ1-x）（ＮyＣ1-y）
（０．２５≦ｘ≦０．７５、０．６≦ｙ≦１．０）のよ
うに皮膜を高硬度な膜とすることにより耐摩耗性を高め
た事例がある。
的かつ一般的であったが、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、Ａｌの添加効果を認
める事例も種々存在する。（例えば、特開平８−１７０
１６７号） これらは、皮膜にＡｌを添加することにより、皮膜の耐
酸化性、耐摩耗性は確かに改善は成されている。しかし
ながら、最近は切削速度がさらに高速化する傾向にある
に加え、乾式での切削が環境問題上重要視されている。
このような場合工具の刃先温度は著しく高温になり、例
えば、特開平４−２２１０５７号公報に提案されている
ように、その対策として（ＶxＴｉ1-x）（ＮyＣ1-y）
（０．２５≦ｘ≦０．７５、０．６≦ｙ≦１．０）のよ
うに皮膜を高硬度な膜とすることにより耐摩耗性を高め
た事例がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らの研究によ
れば、ＴｉにＡｌを添加した窒化物等においては鋼との
摩擦係数が０．４程度と大きく切削中の発熱が高いた
め、切削の高速化、乾式化に限界が存在することが確認
された。従って、皮膜の潤滑性を向上させ、切削による
熱の発生そのものを軽減化させることが切削の高速化、
乾式化を可能にする必要不可欠な技術であると考えられ
る。
れば、ＴｉにＡｌを添加した窒化物等においては鋼との
摩擦係数が０．４程度と大きく切削中の発熱が高いた
め、切削の高速化、乾式化に限界が存在することが確認
された。従って、皮膜の潤滑性を向上させ、切削による
熱の発生そのものを軽減化させることが切削の高速化、
乾式化を可能にする必要不可欠な技術であると考えられ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは皮膜の潤滑
性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、第一に、表層部
にＶを含有するＴｉの化合物層を被覆することにより、
著しく潤滑性が向上するということを確認するに至っ
た。第二に、外層だけでなく、皮膜内部にもＶを含有す
るＴｉの化合物層をＴｉもしくはＴｉとＡｌの化合物層
と交互に多層に設けることによりさらに潤滑性の向上に
有効であるという知見を得るに至った。
性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、第一に、表層部
にＶを含有するＴｉの化合物層を被覆することにより、
著しく潤滑性が向上するということを確認するに至っ
た。第二に、外層だけでなく、皮膜内部にもＶを含有す
るＴｉの化合物層をＴｉもしくはＴｉとＡｌの化合物層
と交互に多層に設けることによりさらに潤滑性の向上に
有効であるという知見を得るに至った。
【０００５】
【作用】本発明者らの研究によれば、切削中に刃先の温
度が７００℃を越えると皮膜内部で拡散が発生しＶは皮
膜表面に拡散し、皮膜表面部のＴｉは逆に皮膜内部に拡
散することが確認された。つまり高温下で生成自由エネ
ルギーの低いＶの酸化物が形成されるために、この様な
拡散が発生すると考えられる。このＶの酸化物は自己潤
滑性を有すると共に鋼と皮膜の摩擦係数を著しく低下さ
せるため極めて切削抵抗の低下をもたらしめる。その結
果、切削速度が高い場合、もしくは乾式での切削におい
ても、刃先の温度はＴｉとＡｌの化合物層皮膜の場合に
比べ低い温度に保たれ、長寿命化が可能である。
度が７００℃を越えると皮膜内部で拡散が発生しＶは皮
膜表面に拡散し、皮膜表面部のＴｉは逆に皮膜内部に拡
散することが確認された。つまり高温下で生成自由エネ
ルギーの低いＶの酸化物が形成されるために、この様な
拡散が発生すると考えられる。このＶの酸化物は自己潤
滑性を有すると共に鋼と皮膜の摩擦係数を著しく低下さ
せるため極めて切削抵抗の低下をもたらしめる。その結
果、切削速度が高い場合、もしくは乾式での切削におい
ても、刃先の温度はＴｉとＡｌの化合物層皮膜の場合に
比べ低い温度に保たれ、長寿命化が可能である。
【０００６】また、驚くべきことに、ＴｉとＶの化合物
層とＴｉとＡｌの化合物層を交互に多層に積層させた場
合効果はよりいっそう顕著となり、より長寿命が達成さ
れる。これはＴｉとＶの化合物層を最表層にのみ用いた
場合、ＴｉとＶの化合物層が摩滅すれば潤滑作用がなく
なるのに比べ潤滑層が摩耗の進行により逐次表面層とな
り、切削の初期から後期に渡り、連続的に潤滑効果をも
たらす結果と考えられる。
層とＴｉとＡｌの化合物層を交互に多層に積層させた場
合効果はよりいっそう顕著となり、より長寿命が達成さ
れる。これはＴｉとＶの化合物層を最表層にのみ用いた
場合、ＴｉとＶの化合物層が摩滅すれば潤滑作用がなく
なるのに比べ潤滑層が摩耗の進行により逐次表面層とな
り、切削の初期から後期に渡り、連続的に潤滑効果をも
たらす結果と考えられる。
【０００７】さらに、高速切削、乾式切削では潤滑性に
加え、皮膜の耐酸化性も工具寿命を支配する。ＴｉとＡ
ｌ及びＴｉとＶの化合物層の耐酸化性を向上すべく、種
々の第三成分の添加を試みた結果Ｓｉ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｎｄにおいて、皮膜の耐酸化性が著し
く向上する結果となった。これらの成分はＴｉとＡｌ及
びＴｉとＶの化合物の結晶粒界に偏析し粒界での酸素の
拡散を抑制し皮膜の耐酸化性を向上せしめることが本発
明者らの研究で明らかとなった。
加え、皮膜の耐酸化性も工具寿命を支配する。ＴｉとＡ
ｌ及びＴｉとＶの化合物層の耐酸化性を向上すべく、種
々の第三成分の添加を試みた結果Ｓｉ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｎｄにおいて、皮膜の耐酸化性が著し
く向上する結果となった。これらの成分はＴｉとＡｌ及
びＴｉとＶの化合物の結晶粒界に偏析し粒界での酸素の
拡散を抑制し皮膜の耐酸化性を向上せしめることが本発
明者らの研究で明らかとなった。
【０００８】次に数値を限定した理由を述べる。Ｔｉと
Ｖの化合物層におけるｘの数値は、Ｖの割合は１０原子
％を下回ると、Ｖの酸化物の有する潤滑性の効果が切削
において十分に認められないため０．９以下とした。Ｔ
ｉとＡｌの化合物層における第三成分の含有量は３０原
子％をこえるとＴｉとＡｌの化合物層の耐摩耗性が劣化
するため、また１原子％未満であると、耐酸化性の向上
に対して効果が少ないため１原子％以上３０原子％以下
とした。以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
Ｖの化合物層におけるｘの数値は、Ｖの割合は１０原子
％を下回ると、Ｖの酸化物の有する潤滑性の効果が切削
において十分に認められないため０．９以下とした。Ｔ
ｉとＡｌの化合物層における第三成分の含有量は３０原
子％をこえるとＴｉとＡｌの化合物層の耐摩耗性が劣化
するため、また１原子％未満であると、耐酸化性の向上
に対して効果が少ないため１原子％以上３０原子％以下
とした。以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
【０００９】
【実施例】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。皮膜の厚さは３
ミクロンとした。皮膜の組成はＴｉＡｌの合金ターゲッ
ト並びにＴｉＶ合金ターゲット組成により調整した。
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。皮膜の厚さは３
ミクロンとした。皮膜の組成はＴｉＡｌの合金ターゲッ
ト並びにＴｉＶ合金ターゲット組成により調整した。
【００１０】
【表１】
【００１１】得られたエンドミルで以下の切削条件にて
切削テストを行い、折損するまで切削を行った。折損が
発生した時点の切削長を表１に併記した。切削条件は、
エンドミル（φ８ｍｍ、６枚刃）を用いて、被削材ＳＫ
Ｄ１１（ＨＲＣ６０）、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、送
り量０．０６ｍｍ／刃、切り込み量１２ｍｍｘ０．２ｍ
ｍ、切削油なし、にて行った。
切削テストを行い、折損するまで切削を行った。折損が
発生した時点の切削長を表１に併記した。切削条件は、
エンドミル（φ８ｍｍ、６枚刃）を用いて、被削材ＳＫ
Ｄ１１（ＨＲＣ６０）、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、送
り量０．０６ｍｍ／刃、切り込み量１２ｍｍｘ０．２ｍ
ｍ、切削油なし、にて行った。
【００１２】表１より、ＴｉとＶの化合物層を被覆した
場合、高速の乾式切削で刃先の温度はＴｉとＡｌの化合
物層皮膜の場合（比較例１０、１１）が８１０度に比
べ、本発明例では、Ｖの添加量が増えるに従い低い温度
に保たれ、長寿命化が可能である。例えば、本発明例７
の様に外層にＶＮを用いた場合には刃先温度が２００度
低い温度になり、長寿命化が達成されていることが明ら
かである。
場合、高速の乾式切削で刃先の温度はＴｉとＡｌの化合
物層皮膜の場合（比較例１０、１１）が８１０度に比
べ、本発明例では、Ｖの添加量が増えるに従い低い温度
に保たれ、長寿命化が可能である。例えば、本発明例７
の様に外層にＶＮを用いた場合には刃先温度が２００度
低い温度になり、長寿命化が達成されていることが明ら
かである。
【００１３】実施例２
表２に示す発明例を実施例１と同一の方法で作製した。
この場合、皮膜の厚さは３ミクロンに統一した。基体は
ＳＥＥ４２ＴＮ形状のＰ４０相当の超硬合金を用いた。
次ぎに示す切削条件でフライスでの平面切削を行い寿命
を比較した。切削条件は、被削材ＳＫＤ１１（ＨＲＣ４
２）、１００ｍｍ（幅）ｘ２５０ｍｍ（長さ）、カッタ
ーΦ１６０ｍｍ、オフセット０ｍｍ、切削速度２５０ｍ
／ｍｉｎ、送り量０．１ｍｍ／刃、切り込み量２ｍｍ、
切削油なしにて行った。
この場合、皮膜の厚さは３ミクロンに統一した。基体は
ＳＥＥ４２ＴＮ形状のＰ４０相当の超硬合金を用いた。
次ぎに示す切削条件でフライスでの平面切削を行い寿命
を比較した。切削条件は、被削材ＳＫＤ１１（ＨＲＣ４
２）、１００ｍｍ（幅）ｘ２５０ｍｍ（長さ）、カッタ
ーΦ１６０ｍｍ、オフセット０ｍｍ、切削速度２５０ｍ
／ｍｉｎ、送り量０．１ｍｍ／刃、切り込み量２ｍｍ、
切削油なしにて行った。
【００１４】
【表２】
【００１５】表２から明らかなように、ＴｉとＶの化合
物層を用いた本発明例は格段に超硬合金インサートにお
けるフライス切削においても長寿命であることが明らか
である。更に、内層の一部に第３元素を添加した膜を用
いることにり耐酸化性が向上し、更に寿命が延びた。
物層を用いた本発明例は格段に超硬合金インサートにお
けるフライス切削においても長寿命であることが明らか
である。更に、内層の一部に第３元素を添加した膜を用
いることにり耐酸化性が向上し、更に寿命が延びた。
【００１６】実施例３
表３に示す本発明例を実施例１と同じ製法で超硬合金製
ドリルを製作した。次ぎに示す切削条件で穴明け切削試
験を行い折損までの寿命を比較した。切削条件は、刃径
Φ８ｍｍのドリルを用いて深さ２４ｍｍの穴あけ加工
を、被削材ＳＣＭ４４０、切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、送
り量０．２ｍｍ／ｒｅｖ、水溶性切削油を用いた行っ
た。
ドリルを製作した。次ぎに示す切削条件で穴明け切削試
験を行い折損までの寿命を比較した。切削条件は、刃径
Φ８ｍｍのドリルを用いて深さ２４ｍｍの穴あけ加工
を、被削材ＳＣＭ４４０、切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、送
り量０．２ｍｍ／ｒｅｖ、水溶性切削油を用いた行っ
た。
【００１７】
【表３】
【００１８】表３より、外層にＶを含有する膜を用いる
ことにより、切削初期のトルクを半減させることがで
き、特にその効果が継続する本発明例３０、３１の多層
膜において、その効果がより顕著に認められた。
ことにより、切削初期のトルクを半減させることがで
き、特にその効果が継続する本発明例３０、３１の多層
膜において、その効果がより顕著に認められた。
【００１９】
【発明の効果】本発明を適用することにより、切削中の
発熱、特に刃先の温度を低下させることができ、高速
化、乾式切削化に対して優れた切削性能を示した。ま
た、これらと耐酸化性に優れたＴｉＡｌ化合物皮膜を組
み合わせることにより、長寿命化が達成された。
発熱、特に刃先の温度を低下させることができ、高速
化、乾式切削化に対して優れた切削性能を示した。ま
た、これらと耐酸化性に優れたＴｉＡｌ化合物皮膜を組
み合わせることにより、長寿命化が達成された。
Claims (3)
- 【請求項１】 ＴｉとＡｌを主成分とする窒化物、炭窒
化物、窒硼化物、もしくは炭窒硼化物を被覆した被覆硬
質合金において、該ＴｉとＡｌの化合物皮膜の上に外層
として（ＴｉxＶ1-x）で表わされる窒化物、炭窒化物、
窒酸化物もしくは炭窒酸化物が被覆され、ｘが０．９以
下であることを特徴とする被覆硬質工具。 - 【請求項２】 ＴｉもしくはＴｉとＡｌを主成分とする
窒化物、炭窒化物、窒硼化物、もしくは炭窒硼化物を被
覆した被覆硬質合金において、該ＴｉもしくはＴｉとＡ
ｌの化合物皮膜のいずれか一種以上と、（ＴｉxＶ1-x）
で表わされ、かつｘは０．９以下である窒化物、炭窒化
物、窒酸化物もしくは炭窒酸化物の皮膜のいずれか一種
とを、少なくとも３層被覆したことを特徴とする被覆硬
質工具。 - 【請求項３】 請求項１乃至２項記載の被覆硬質工具に
おいて、該ＴｉとＡｌの化合物の金属元素の一部を１〜
３０原子％の範囲でＳｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｎ
ｄ、Ｃｒの一種もしくは二種以上で置き換えたことを特
徴とする被覆硬質工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231453A JP2000061708A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 被覆硬質工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231453A JP2000061708A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 被覆硬質工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000061708A true JP2000061708A (ja) | 2000-02-29 |
Family
ID=16923764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10231453A Pending JP2000061708A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 被覆硬質工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000061708A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005059163A (ja) * | 2003-08-18 | 2005-03-10 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 高速歯切加工で歯部がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製むく歯切工具 |
| JP2007030066A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007030065A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007038341A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007038343A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007144593A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2007144592A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2007144594A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2010115760A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2012096353A (ja) * | 2001-06-19 | 2012-05-24 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性に優れた硬質皮膜 |
-
1998
- 1998-08-18 JP JP10231453A patent/JP2000061708A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012096353A (ja) * | 2001-06-19 | 2012-05-24 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性に優れた硬質皮膜 |
| JP4539055B2 (ja) * | 2003-08-18 | 2010-09-08 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速歯切加工で歯部がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製むく歯切工具 |
| JP2005059163A (ja) * | 2003-08-18 | 2005-03-10 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 高速歯切加工で歯部がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製むく歯切工具 |
| JP2007030066A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007030065A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007038341A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007038343A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| JP2007144592A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2007144594A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2007144593A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Mitsubishi Materials Corp | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP4682827B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-05-11 | 三菱マテリアル株式会社 | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP4682825B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-05-11 | 三菱マテリアル株式会社 | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP4682826B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-05-11 | 三菱マテリアル株式会社 | 難削材の重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP2010115760A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
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