JP2000096234A - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有す
る表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製切削工具が、ＷＣ基
超硬合金基体の表面に、（ａ）ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、Ｔ
ｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ
層からなり、かつそれぞれの平均層厚が０．１〜１５μ
ｍのＴｉ化合物層の１層または２層以上と、（ｂ）光学
顕微鏡による組織観察で、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ
相の素地に、上記基体表面に対して縦方向に長く成長し
た結晶構造の細長Ａｌ2 Ｏ3 相が相互に平行分散分布
し、かつ前記細長Ａｌ2 Ｏ3 相が１０〜６０面積％を占
める２相混合組織を有する平均層厚：３〜２０μｍのＡ
ｌ2 Ｏ 3 分散層の１層以上と、からなる硬質被覆層を５
〜３０μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物
理蒸着してなる。
る表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製切削工具が、ＷＣ基
超硬合金基体の表面に、（ａ）ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、Ｔ
ｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ
層からなり、かつそれぞれの平均層厚が０．１〜１５μ
ｍのＴｉ化合物層の１層または２層以上と、（ｂ）光学
顕微鏡による組織観察で、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ
相の素地に、上記基体表面に対して縦方向に長く成長し
た結晶構造の細長Ａｌ2 Ｏ3 相が相互に平行分散分布
し、かつ前記細長Ａｌ2 Ｏ3 相が１０〜６０面積％を占
める２相混合組織を有する平均層厚：３〜２０μｍのＡ
ｌ2 Ｏ 3 分散層の１層以上と、からなる硬質被覆層を５
〜３０μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物
理蒸着してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層がす
ぐれた耐チッピング性を有し、したがって硬質被覆層を
厚膜化した状態で、例えば鋼や鋳鉄などの断続切削を高
送りや高切り込みなどの重切削条件で行った場合にも切
刃にチッピング（微小欠け）の発生なく、すぐれた切削
性能を長期に亘って発揮する表面被覆超硬合金製切削工
具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
ぐれた耐チッピング性を有し、したがって硬質被覆層を
厚膜化した状態で、例えば鋼や鋳鉄などの断続切削を高
送りや高切り込みなどの重切削条件で行った場合にも切
刃にチッピング（微小欠け）の発生なく、すぐれた切削
性能を長期に亘って発揮する表面被覆超硬合金製切削工
具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、炭化タングステン基超硬
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、いずれも
粒状結晶組織を有する、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示
す）層、窒化チタン（以下、同じくＴｉＮで示す）層、
炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化チタ
ン（以下、ＴｉＣＯで示す）層、窒酸化チタン（以下、
ＴｉＮＯで示す）層、および炭窒酸化チタン（以下、Ｔ
ｉＣＮＯで示す）層からなるＴｉ化合物層のうちの１層
または２層以上と、同じく粒状結晶組織を有する、α型
酸化アルミニウム層やκ型酸化アルミニウム層などの酸
化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）層とで構成
された硬質被覆層を３〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着
および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られ
ており、またこの被覆超硬工具が、例えば鋼や鋳鉄など
の連続切削や断続切削に用いられていることも知られて
いる。また、上記被覆超硬工具の硬質被覆層のうち、通
常の化学蒸着装置を用い、１０００℃以上の高温で形成
していた上記の粒状結晶組織を有するＴｉＣＮ層に対し
て、例えば特開平３−８７３６９号公報および特開平６
−８００８号公報などに記載されるように、反応ガスと
して有機炭窒化物を含む混合ガスを使用して７００〜９
５０℃の中温温度域で化学蒸着を行うことにより縦長成
長結晶組織としたＴｉＣＮ層も知られており、この縦長
成長結晶組織のＴｉＣＮ層の適用により硬質被覆層の靭
性を向上させ、もって切刃部に欠けやチッピング（微小
欠け）などが発生するのを抑制するようにした被覆超硬
工具も知られている。
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、いずれも
粒状結晶組織を有する、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示
す）層、窒化チタン（以下、同じくＴｉＮで示す）層、
炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化チタ
ン（以下、ＴｉＣＯで示す）層、窒酸化チタン（以下、
ＴｉＮＯで示す）層、および炭窒酸化チタン（以下、Ｔ
ｉＣＮＯで示す）層からなるＴｉ化合物層のうちの１層
または２層以上と、同じく粒状結晶組織を有する、α型
酸化アルミニウム層やκ型酸化アルミニウム層などの酸
化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）層とで構成
された硬質被覆層を３〜２０μｍの平均層厚で化学蒸着
および／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られ
ており、またこの被覆超硬工具が、例えば鋼や鋳鉄など
の連続切削や断続切削に用いられていることも知られて
いる。また、上記被覆超硬工具の硬質被覆層のうち、通
常の化学蒸着装置を用い、１０００℃以上の高温で形成
していた上記の粒状結晶組織を有するＴｉＣＮ層に対し
て、例えば特開平３−８７３６９号公報および特開平６
−８００８号公報などに記載されるように、反応ガスと
して有機炭窒化物を含む混合ガスを使用して７００〜９
５０℃の中温温度域で化学蒸着を行うことにより縦長成
長結晶組織としたＴｉＣＮ層も知られており、この縦長
成長結晶組織のＴｉＣＮ層の適用により硬質被覆層の靭
性を向上させ、もって切刃部に欠けやチッピング（微小
欠け）などが発生するのを抑制するようにした被覆超硬
工具も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
の省力化およびエネ化に対する要求は強く、これに伴
い、切削加工は高送りや高切り込みなどの重切削条件で
の切削が強いられる傾向にあるばかりでなく、使用寿命
の延命化の点から、硬質被覆層のうち、特にＡｌ2Ｏ3
層は厚膜化の傾向にあるが、このようにＡｌ2 Ｏ3 層を
平均層厚で１０μｍ以上に厚膜化した被覆超硬工具を用
いて、例えば鋼の断続切削を重切削条件で行うと、前記
厚膜化Ａｌ2 Ｏ3 層は靭性の十分なものでないために、
切刃部にチッピングが発生し易く、これが原因で比較的
短時間で使用寿命に至るのが現状である。
の省力化およびエネ化に対する要求は強く、これに伴
い、切削加工は高送りや高切り込みなどの重切削条件で
の切削が強いられる傾向にあるばかりでなく、使用寿命
の延命化の点から、硬質被覆層のうち、特にＡｌ2Ｏ3
層は厚膜化の傾向にあるが、このようにＡｌ2 Ｏ3 層を
平均層厚で１０μｍ以上に厚膜化した被覆超硬工具を用
いて、例えば鋼の断続切削を重切削条件で行うと、前記
厚膜化Ａｌ2 Ｏ3 層は靭性の十分なものでないために、
切刃部にチッピングが発生し易く、これが原因で比較的
短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、被覆超硬工具の硬質被覆層に着
目し、耐チッピング性向上を図るべく研究を行った結
果、 （ａ） 被覆超硬工具の硬質被覆層のうち、Ａｌ2 Ｏ3
層は靭性に劣るが、耐酸化性と熱的安定性にすぐれ、さ
らに高硬度を有し、一方ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層
は相対的に耐摩耗性に劣るが、靭性のすぐれたものであ
り、したがってこれら両層の混合層はそれぞれの層のも
つ有用な特性、すなわちすぐれた耐摩耗性と靭性を具備
するようになること。 （ｂ） 例えば通常の化学蒸着装置でのＴｉＣＯ層の形
成条件である、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：
０．６〜６％、ＣＯ：０．６〜６％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜２５０Ｔｏｒｒ、 同じくＴｉＣＮＯ層の形成条件である、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．６〜６％、ＣＯ：０．
３〜３％、Ｎ2 ：５〜５０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜２５０Ｔｏｒｒ、 において、反応ガスとしてＡｌＣｌ3 を加え、かつ雰囲
気圧力を相対的に高くした条件、すなわち、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜５％、ＡｌＣｌ
3 ：０．５〜２０％、ＣＯ：０．５〜１０％、必要に応
じてＡｒ：１〜４０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：１００〜６００Ｔｏｒｒ、 とした条件、並びに、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜５％、ＡｌＣｌ
3 ：０．５〜２０％、ＣＯ：０．３〜１０％、Ｎ2 ：５
〜４５％、必要に応じてＡｒ：１〜４０％、Ｈ2：残
り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：１００〜６００Ｔｏｒｒ、 とした条件で層形成を行うと、光学顕微鏡による断面組
織観察で、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の素地に、超
硬基体表面に対して縦方向に長く成長した結晶構造の細
長Ａｌ2 Ｏ3 相が相互に平行して分散分布した２相混合
組織、すなわち細長Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＣＯ相またはＴ
ｉＣＮＯ相とが共存した組織を示すＡｌ2Ｏ3 分散層が
形成されるようになること。 （ｃ） 上記の（ｂ）のＡｌ2 Ｏ3 分散層を、同じく光
学顕微鏡による断面組織観察で、Ａｌ2 Ｏ3 相が１０〜
６０面積％の割合で素地のＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ
相中に分散分布した２相混合組織を示すものとし、かつ
これの１層以上と平均層厚を０．１〜１５μｍとしたＴ
ｉ化合物層の１層または２層以上との共存において硬質
被覆層を形成した被覆超硬工具は、前記Ａｌ2 Ｏ3 分散
層を平均層厚：１０μｍ以上と厚膜化して、例えば鋼の
断続切削を重切削条件で行うのに用いても、切刃部にチ
ッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するこ
と。以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たので
ある。
上述のような観点から、被覆超硬工具の硬質被覆層に着
目し、耐チッピング性向上を図るべく研究を行った結
果、 （ａ） 被覆超硬工具の硬質被覆層のうち、Ａｌ2 Ｏ3
層は靭性に劣るが、耐酸化性と熱的安定性にすぐれ、さ
らに高硬度を有し、一方ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層
は相対的に耐摩耗性に劣るが、靭性のすぐれたものであ
り、したがってこれら両層の混合層はそれぞれの層のも
つ有用な特性、すなわちすぐれた耐摩耗性と靭性を具備
するようになること。 （ｂ） 例えば通常の化学蒸着装置でのＴｉＣＯ層の形
成条件である、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：
０．６〜６％、ＣＯ：０．６〜６％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜２５０Ｔｏｒｒ、 同じくＴｉＣＮＯ層の形成条件である、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．６〜６％、ＣＯ：０．
３〜３％、Ｎ2 ：５〜５０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：３０〜２５０Ｔｏｒｒ、 において、反応ガスとしてＡｌＣｌ3 を加え、かつ雰囲
気圧力を相対的に高くした条件、すなわち、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜５％、ＡｌＣｌ
3 ：０．５〜２０％、ＣＯ：０．５〜１０％、必要に応
じてＡｒ：１〜４０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：１００〜６００Ｔｏｒｒ、 とした条件、並びに、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜５％、ＡｌＣｌ
3 ：０．５〜２０％、ＣＯ：０．３〜１０％、Ｎ2 ：５
〜４５％、必要に応じてＡｒ：１〜４０％、Ｈ2：残
り、 雰囲気温度：９００〜１１００℃、 雰囲気圧力：１００〜６００Ｔｏｒｒ、 とした条件で層形成を行うと、光学顕微鏡による断面組
織観察で、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の素地に、超
硬基体表面に対して縦方向に長く成長した結晶構造の細
長Ａｌ2 Ｏ3 相が相互に平行して分散分布した２相混合
組織、すなわち細長Ａｌ2 Ｏ3 相とＴｉＣＯ相またはＴ
ｉＣＮＯ相とが共存した組織を示すＡｌ2Ｏ3 分散層が
形成されるようになること。 （ｃ） 上記の（ｂ）のＡｌ2 Ｏ3 分散層を、同じく光
学顕微鏡による断面組織観察で、Ａｌ2 Ｏ3 相が１０〜
６０面積％の割合で素地のＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ
相中に分散分布した２相混合組織を示すものとし、かつ
これの１層以上と平均層厚を０．１〜１５μｍとしたＴ
ｉ化合物層の１層または２層以上との共存において硬質
被覆層を形成した被覆超硬工具は、前記Ａｌ2 Ｏ3 分散
層を平均層厚：１０μｍ以上と厚膜化して、例えば鋼の
断続切削を重切削条件で行うのに用いても、切刃部にチ
ッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するこ
と。以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たので
ある。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、（ａ） Ｔｉ
Ｃ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ
層、およびＴｉＣＮＯ層からなり、かつそれぞれの平均
層厚が０．１〜１５μｍのＴｉ化合物層のうちの１層ま
たは２層以上と、（ｂ） 光学顕微鏡による断面組織観
察で、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の素地に、上記基
体表面に対して縦方向に長く成長した結晶構造の細長Ａ
ｌ2 Ｏ3相が相互に平行分散分布し、かつ前記細長Ａｌ2
Ｏ3 相が１０〜６０面積％を占める２相混合組織を示
す平均層厚：３〜２０μｍのＡｌ2 Ｏ3 分散層の１層以
上と、からなる硬質被覆層を５〜３０μｍの全体平均層
厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる硬質被覆
層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金
製切削工具に特徴を有するものである。
されたものであって、超硬基体の表面に、（ａ） Ｔｉ
Ｃ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ
層、およびＴｉＣＮＯ層からなり、かつそれぞれの平均
層厚が０．１〜１５μｍのＴｉ化合物層のうちの１層ま
たは２層以上と、（ｂ） 光学顕微鏡による断面組織観
察で、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の素地に、上記基
体表面に対して縦方向に長く成長した結晶構造の細長Ａ
ｌ2 Ｏ3相が相互に平行分散分布し、かつ前記細長Ａｌ2
Ｏ3 相が１０〜６０面積％を占める２相混合組織を示
す平均層厚：３〜２０μｍのＡｌ2 Ｏ3 分散層の１層以
上と、からなる硬質被覆層を５〜３０μｍの全体平均層
厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる硬質被覆
層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金
製切削工具に特徴を有するものである。
【０００６】つぎに、この発明の被覆超硬工具の硬質被
覆層の全体平均層厚、並びにこれを構成するＡｌ2 Ｏ3
分散層およびＴｉ化合物層の１層当たりの平均層厚を上
記の通りに限定した理由を説明する。すなわち、硬質被
覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 分散層およびＴｉ化合物層と
も耐摩耗性向上に寄与するが、この中ではＡｌ2 Ｏ3 分
散層の方が相対的に耐摩耗性向上効果は高く、またＡｌ
2 Ｏ3 分散層は素地がＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相か
らなるので、Ｔｉ化合物層との密着性にもすぐれ、一方
Ｔｉ化合物層はいずれの構成層も層間密着性にすぐれた
ものであるため、強固な硬質被覆層の形成を可能とする
ものであり、したがってＡｌ2 Ｏ3 分散層の１層当たり
の平均層厚が３μｍ未満では所望のすぐれた耐摩耗性を
確保することができず、一方Ｔｉ化合物層の１層当たり
の平均層厚が０．１μｍ未満では硬質被覆層の層間密着
性が不十分となり、これらの結果から耐摩耗性にすぐ
れ、かつ層間密着性の十分な硬質被覆層の形成には少な
くとも５μｍの全体平均層厚が必要であり、またＡｌ2
Ｏ3分散層およびＴｉ化合物層の１層当たりの平均層
厚、さらに硬質被覆層の全体平均層厚が、それぞれＡｌ
2 Ｏ3 分散層：２０μｍ、Ｔｉ化合物層：１５μｍ、お
よび硬質被覆層：３０μｍを越えると、いずれの場合も
切刃部にチッピングが発生し易くなることから、それぞ
れの平均層厚を、Ａｌ2 Ｏ3 分散層：３〜２０μｍ、望
ましくは５〜１５μｍ、Ｔｉ化合物層：０．１〜１５μ
ｍ、望ましくは３〜１０μｍ、硬質被覆層：５〜３０μ
ｍ、望ましくは８〜２０μｍと定めた。
覆層の全体平均層厚、並びにこれを構成するＡｌ2 Ｏ3
分散層およびＴｉ化合物層の１層当たりの平均層厚を上
記の通りに限定した理由を説明する。すなわち、硬質被
覆層を構成するＡｌ2 Ｏ3 分散層およびＴｉ化合物層と
も耐摩耗性向上に寄与するが、この中ではＡｌ2 Ｏ3 分
散層の方が相対的に耐摩耗性向上効果は高く、またＡｌ
2 Ｏ3 分散層は素地がＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相か
らなるので、Ｔｉ化合物層との密着性にもすぐれ、一方
Ｔｉ化合物層はいずれの構成層も層間密着性にすぐれた
ものであるため、強固な硬質被覆層の形成を可能とする
ものであり、したがってＡｌ2 Ｏ3 分散層の１層当たり
の平均層厚が３μｍ未満では所望のすぐれた耐摩耗性を
確保することができず、一方Ｔｉ化合物層の１層当たり
の平均層厚が０．１μｍ未満では硬質被覆層の層間密着
性が不十分となり、これらの結果から耐摩耗性にすぐ
れ、かつ層間密着性の十分な硬質被覆層の形成には少な
くとも５μｍの全体平均層厚が必要であり、またＡｌ2
Ｏ3分散層およびＴｉ化合物層の１層当たりの平均層
厚、さらに硬質被覆層の全体平均層厚が、それぞれＡｌ
2 Ｏ3 分散層：２０μｍ、Ｔｉ化合物層：１５μｍ、お
よび硬質被覆層：３０μｍを越えると、いずれの場合も
切刃部にチッピングが発生し易くなることから、それぞ
れの平均層厚を、Ａｌ2 Ｏ3 分散層：３〜２０μｍ、望
ましくは５〜１５μｍ、Ｔｉ化合物層：０．１〜１５μ
ｍ、望ましくは３〜１０μｍ、硬質被覆層：５〜３０μ
ｍ、望ましくは８〜２０μｍと定めた。
【０００７】また、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成するＡｌ2 Ｏ3 分散層中のＡｌ2 Ｏ3 相の割合
を１０〜６０面積％としたのは、その割合が１０面積％
未満ではＡｌ2 Ｏ3 相による所望のすぐれた耐摩耗性を
確保することができず、一方その割合が６０面積％を越
えると、相対的に素地を構成するＴｉＣＯ相またはＴｉ
ＣＮＯ相の割合が少なくなり、高靭性が要求される断続
切削の重切削条件で切刃部にチッピングが発生し易くな
るという理由にもとづくものであり、望ましくは２５〜
５０面積％とするのがよい。
層を構成するＡｌ2 Ｏ3 分散層中のＡｌ2 Ｏ3 相の割合
を１０〜６０面積％としたのは、その割合が１０面積％
未満ではＡｌ2 Ｏ3 相による所望のすぐれた耐摩耗性を
確保することができず、一方その割合が６０面積％を越
えると、相対的に素地を構成するＴｉＣＯ相またはＴｉ
ＣＮＯ相の割合が少なくなり、高靭性が要求される断続
切削の重切削条件で切刃部にチッピングが発生し易くな
るという理由にもとづくものであり、望ましくは２５〜
５０面積％とするのがよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも０．５〜５μｍの範囲内の所定の平均粒径を有す
るＷＣ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、Ｔ
ｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（Ｔ
ｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、（Ｔ
ａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃ
ｒ3 Ｃ2 粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉
末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７
２時間湿式混合し、乾燥した後、圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を、１０-2Ｔｏｒｒの真空中、１３５０
〜１５００℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件
で焼結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に
定める形状をもったスローアウエイチップ型の超硬基体
Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。なお、上記超硬基体Ａ、
Ｂ、およびＣには、焼結したままで、表面部に結合相形
成成分であるＣｏの含有量が基体内部に比して相対的に
高いＣｏ富化帯域が基体表面から任意深さ位置に任意幅
で、かつ基体表面にそって形成されており、残りの超硬
基体ＤおよびＥには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、
全体的に均質な組織をもつものであった。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも０．５〜５μｍの範囲内の所定の平均粒径を有す
るＷＣ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、Ｔ
ｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（Ｔ
ｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、（Ｔ
ａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃ
ｒ3 Ｃ2 粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉
末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７
２時間湿式混合し、乾燥した後、圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を、１０-2Ｔｏｒｒの真空中、１３５０
〜１５００℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件
で焼結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に
定める形状をもったスローアウエイチップ型の超硬基体
Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。なお、上記超硬基体Ａ、
Ｂ、およびＣには、焼結したままで、表面部に結合相形
成成分であるＣｏの含有量が基体内部に比して相対的に
高いＣｏ富化帯域が基体表面から任意深さ位置に任意幅
で、かつ基体表面にそって形成されており、残りの超硬
基体ＤおよびＥには、前記Ｃｏ富化帯域の形成がなく、
全体的に均質な組織をもつものであった。
【０００９】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｅの表面
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２（表中の※印ＴｉＣＮ層は特開平６−８０１
０号公報に記載される縦長成長結晶組織を有するＴｉＣ
Ｎ層に相当するものである）および表３に示される条件
にて、表４、５に示される組成および目標層厚（厚膜化
条件）の硬質被覆層を形成することにより本発明被覆超
硬工具１〜１１、および従来被覆覆超硬工具１〜１１を
それぞれ製造した。なお、本発明被覆超硬工具１〜１１
および従来被覆覆超硬工具１〜１１のそれぞれの硬質被
覆層のうち、Ｔｉ化合物層については、それぞれの組成
および目標層厚を同じくした条件で形成し、対応させ
た。また、本発明被覆超硬工具１〜１１および従来被覆
覆超硬工具１〜１１のいずれも厚膜化条件で形成した硬
質被覆層について、光学顕微鏡（倍率：１０００倍）に
て断面を観察し、それぞれの構成層の平均層厚を測定し
たところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚を
示した。さらに本発明被覆超硬工具１〜１１のそれぞれ
の硬質被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3 分散層（表４では、
表３の記号ア〜サの条件で形成されたＡｌ2 Ｏ3 分散層
をそれぞれ「記号ア〜記号サ」で示す）について、同じ
く光学顕微鏡（倍率：１０００倍）にて断面組織を観察
し、かつ画像解析装置を用いてＡｌ2 Ｏ3 分散層におけ
るＡｌ2 Ｏ3 相の割合を測定したところ、いずれも目標
含有割合と実質的に同じ値を示した。また、図１に本発
明被覆超硬工具４の表面部縦断面組織を光学顕微鏡（倍
率：１０００倍）で観察した結果を模式図で示した。
に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を
用い、表２（表中の※印ＴｉＣＮ層は特開平６−８０１
０号公報に記載される縦長成長結晶組織を有するＴｉＣ
Ｎ層に相当するものである）および表３に示される条件
にて、表４、５に示される組成および目標層厚（厚膜化
条件）の硬質被覆層を形成することにより本発明被覆超
硬工具１〜１１、および従来被覆覆超硬工具１〜１１を
それぞれ製造した。なお、本発明被覆超硬工具１〜１１
および従来被覆覆超硬工具１〜１１のそれぞれの硬質被
覆層のうち、Ｔｉ化合物層については、それぞれの組成
および目標層厚を同じくした条件で形成し、対応させ
た。また、本発明被覆超硬工具１〜１１および従来被覆
覆超硬工具１〜１１のいずれも厚膜化条件で形成した硬
質被覆層について、光学顕微鏡（倍率：１０００倍）に
て断面を観察し、それぞれの構成層の平均層厚を測定し
たところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚を
示した。さらに本発明被覆超硬工具１〜１１のそれぞれ
の硬質被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3 分散層（表４では、
表３の記号ア〜サの条件で形成されたＡｌ2 Ｏ3 分散層
をそれぞれ「記号ア〜記号サ」で示す）について、同じ
く光学顕微鏡（倍率：１０００倍）にて断面組織を観察
し、かつ画像解析装置を用いてＡｌ2 Ｏ3 分散層におけ
るＡｌ2 Ｏ3 相の割合を測定したところ、いずれも目標
含有割合と実質的に同じ値を示した。また、図１に本発
明被覆超硬工具４の表面部縦断面組織を光学顕微鏡（倍
率：１０００倍）で観察した結果を模式図で示した。
【００１０】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１１
および従来被覆超硬工具１〜１１について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２３０）
の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切り込み切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．９５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行い、い
ずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。こ
れらの測定結果を表６に示した。
および従来被覆超硬工具１〜１１について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２３０）
の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高切り込み切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２２０）の
長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：１４０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．９５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼の乾式断続高送り切削試験を行い、い
ずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。こ
れらの測定結果を表６に示した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】
【表４】
【００１５】
【表５】
【００１６】
【表６】
【００１７】
【発明の効果】表４〜６に示される結果から、硬質被覆
層が、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の素地に基体表面
に対して縦方向に長く成長した結晶構造の細長Ａｌ2 Ｏ
3 相が相互に平行分散分布した２相混合組織を有するＡ
ｌ2 Ｏ3 分散層の１層以上と、Ｔｉ化合物層の１層以上
からなる本発明被覆超硬工具１〜１１は、前記Ａｌ2 Ｏ
3 分散層を厚膜化してもすぐれた耐摩耗性と靭性を具備
することから、苛酷な切削条件となる鋼の断続高送りお
よび高切り込みの重切削にも切刃部にチッピングの発生
がなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するのに
対して、硬質被覆層がＡｌ2 Ｏ3 層とＴｉ化合物層の１
層以上からなり、前記Ａｌ2 Ｏ3 層を平均層厚：１０μ
ｍ以上に厚膜化した従来被覆超硬工具１〜１１において
は、Ａｌ2Ｏ3 層の靭性不足が原因で、切刃部にチッピ
ングが発生し易くなり、比較的短時間で使用寿命に至る
ことが明らかである。上述のように、この発明の被覆超
硬工具は、これの硬質被覆層を構成するＡｌ 2 Ｏ3 分散
層が厚膜化した状態でもすぐれた耐摩耗性と靭性を具備
することから、例えば鋼や鋳鉄などの通常の条件での連
続切削や断続切削は勿論のこと、特にこれらの切削をき
わめて苛酷な条件となる断続重切削条件でおこなって
も、切刃部にチッピングの発生なく、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮するものであり、切削加工の省力化
および省エネ化に十分満足に寄与するものである。
層が、ＴｉＣＯ相またはＴｉＣＮＯ相の素地に基体表面
に対して縦方向に長く成長した結晶構造の細長Ａｌ2 Ｏ
3 相が相互に平行分散分布した２相混合組織を有するＡ
ｌ2 Ｏ3 分散層の１層以上と、Ｔｉ化合物層の１層以上
からなる本発明被覆超硬工具１〜１１は、前記Ａｌ2 Ｏ
3 分散層を厚膜化してもすぐれた耐摩耗性と靭性を具備
することから、苛酷な切削条件となる鋼の断続高送りお
よび高切り込みの重切削にも切刃部にチッピングの発生
がなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するのに
対して、硬質被覆層がＡｌ2 Ｏ3 層とＴｉ化合物層の１
層以上からなり、前記Ａｌ2 Ｏ3 層を平均層厚：１０μ
ｍ以上に厚膜化した従来被覆超硬工具１〜１１において
は、Ａｌ2Ｏ3 層の靭性不足が原因で、切刃部にチッピ
ングが発生し易くなり、比較的短時間で使用寿命に至る
ことが明らかである。上述のように、この発明の被覆超
硬工具は、これの硬質被覆層を構成するＡｌ 2 Ｏ3 分散
層が厚膜化した状態でもすぐれた耐摩耗性と靭性を具備
することから、例えば鋼や鋳鉄などの通常の条件での連
続切削や断続切削は勿論のこと、特にこれらの切削をき
わめて苛酷な条件となる断続重切削条件でおこなって
も、切刃部にチッピングの発生なく、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮するものであり、切削加工の省力化
および省エネ化に十分満足に寄与するものである。
【図１】本発明被覆超硬工具４の表面部縦断面組織を光
学顕微鏡（倍率：１０００倍）で観察した結果を示す模
式図である。
学顕微鏡（倍率：１０００倍）で観察した結果を示す模
式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 惠滋 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 (72)発明者 遠藤 邦博 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF19 FF22 FF25 FF32 FF40 FF42 4K029 AA02 AA04 BA41 BA44 BA54 BA55 BA60 BB02 BB08 BC00 BC02 BD05 EA01 4K030 AA03 AA09 AA10 AA14 AA17 AA18 AA24 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41 BA43 BB03 BB12 BB13 CA03 JA01 JA06 JA20 LA01 LA22
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、 （ａ） 炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン
層、炭酸化チタン層、窒酸化チタン層、および炭窒酸化
チタン層からなり、かつそれぞれの平均層厚が０．１〜
１５μｍのＴｉ化合物層のうちの１層または２層以上
と、 （ｂ） 光学顕微鏡による断面組織観察で、炭酸化チタ
ン相または炭窒酸化チタン相の素地に、上記基体表面に
対して縦方向に長く成長した結晶構造の細長酸化アルミ
ニウム相が相互に平行分散分布し、かつ前記細長酸化ア
ルミニウム相が１０〜６０面積％を占める２相混合組織
を示す平均層厚：３〜２０μｍの酸化アルミニウム分散
層の１層以上、からなる硬質被覆層を５〜３０μｍの全
体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆
超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27291898A JP2000096234A (ja) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27291898A JP2000096234A (ja) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000096234A true JP2000096234A (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17520580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27291898A Pending JP2000096234A (ja) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000096234A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105142832A (zh) * | 2013-03-28 | 2015-12-09 | 钴碳化钨硬质合金公司 | 用于切削工具的多层结构化涂层 |
-
1998
- 1998-09-28 JP JP27291898A patent/JP2000096234A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105142832A (zh) * | 2013-03-28 | 2015-12-09 | 钴碳化钨硬质合金公司 | 用于切削工具的多层结构化涂层 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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