JP2000107905A - 被覆硬質工具 - Google Patents

被覆硬質工具

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JP2000107905A
JP2000107905A JP10282362A JP28236298A JP2000107905A JP 2000107905 A JP2000107905 A JP 2000107905A JP 10282362 A JP10282362 A JP 10282362A JP 28236298 A JP28236298 A JP 28236298A JP 2000107905 A JP2000107905 A JP 2000107905A
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JP
Japan
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coated
layer
cutting
alloy
coating
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JP10282362A
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English (en)
Inventor
Yusuke Iyori
裕介 井寄
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Moldino Tool Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Tool Engineering Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、切削中の発熱、特に刃先の温度を
低下させることができ、また皮膜の密着性の改善の結
果、高速化、乾式化、高送り化などの苛酷な切削諸元に
耐える優れた切削工具を提供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
もしくは炭酸窒化物を被覆した被覆硬質合金において、
該被覆と被覆基体の間に5乃至500nm厚さの(Ti
AlV)合金を被覆することより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は特に密着性および潤滑性
に優れた硬質皮膜を有する被覆硬質工具に関するもの
で、各種切削工具、型、治工具、機械構成部品など厳し
い摩擦摩耗を受ける部材に適用し性能向上が得られるも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、切削用被覆硬質工具の皮膜として
はTiN、TiCN皮膜が汎用的かつ一般的であった
が、使用条件の厳しさが増すにつれ耐摩耗性、耐酸化性
のより優れたTiAlN皮膜が多く用いられるようにな
った。しかしながら、最近は切削速度がさらに高速化す
る傾向に加え、乾式での切削が環境上重要視されるよう
になり、工具表面と被切削材の間の摩擦の低下、自己潤
滑性の向上および皮膜の剥離に対する抵抗、すなわち皮
膜の基体に対する密着性の向上が極めて重要となってき
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】現用のTiAlN皮膜
においては鋼との摩擦係数が0.4程度とかなり大きく
切削中の発熱が大きいため、切削の高速化、乾式化に限
界がある。従って、皮膜の潤滑性を向上させ、切削によ
る熱の発生を軽減させることが切削の高速化、乾式化を
可能にする不可欠な技術であると考えられる。また、工
具の耐摩耗性を上げ、工具寿命を増大させるには硬質皮
膜の厚さを増大することが最も好ましいが、皮膜厚さの
増大は皮膜と基体の境界面に大きな残留応力を発生し、
皮膜の剥離をもたらす。それ故、硬質皮膜と基体の間に
密着性が良く、かつ残留応力を吸収する緩衝膜をつける
と性能が一層向上すると考えられる。
【0004】
【課題を解決するための手段】第一に基体の表層部にV
を含有する化合物層、あるいはVを含有するTiまたは
TiAlの化合物層を被覆することにより、潤滑性が向
上することが確認され、第二に基体と接する内層にTi
AlV合金を被覆することにより密着性のよい皮膜が得
られ、厚い皮膜を被覆しても剥離が生じがたいことであ
る。
【0005】
【作用】切削中に刃先の温度が700℃を越えると(T
iAlV)(CN)硬質皮膜中のVは皮膜表面に拡散
し、一方皮膜表面のTiは逆に皮膜内部に拡散すること
が確認された。つまり、切削中に皮膜表面にVリッチ層
が形成される。これが酸化して表面にV酸化物層が生じ
る。Vの酸化物は自己潤滑性を有するとともに鋼と皮膜
の摩擦係数を著しく低下させるため切削抵抗を極めて低
下させる。その結果、切削速度の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TiAlN皮膜の場合
よりも低く保たれ、長寿命化が可能である。
【0006】しかし、(TiAlV)(CN)膜は(T
iAl)(CN)膜に比し硬さがやや低く耐摩耗性は劣
る。すなわち、(TiAlV)(CN)はクレーター摩
耗に対して強いが、フランク摩耗に対しては(TiA
l)(CN)より劣るので、第2層に(TiAl)(C
N)を被覆して耐摩耗性を与え、最外層にVを含むV
(CN)または(TiV)(CN)を被覆して潤滑性を
与えることが有効である。次に、硬質薄膜の耐剥離性を
上げるためには、基体に対する皮膜の密着性を良くする
こと、および硬質皮膜の被覆によって生じる大きな圧縮
残留応力に耐え、それを吸収する第1層皮膜を基体表面
に被覆することが有効である。前者に対してはTiN膜
が有効とされている。また、硬質皮膜の内部応力が高い
ほど剥離を生じやすい。この内部応力は硬質皮膜の硬さ
が高く、厚いほど大であり、また第1層(内層)の硬さ
が低く、厚さの大きいほど小であった。しかし、硬さが
低く、かつ厚いと切削時に塑性変形により膜自体が取り
去られる傾向が強く、適当な硬さと厚さがある。このよ
うな視点から第1層材として高強度を有するTiAlV
合金を用い、例としてTi−6%Al−4%V合金を用
いた。この合金は代表的な高強度耐熱Ti合金であり、
Vを含有していることにより基体との化学結合をさらに
大きくし密着性を向上させる。
【0007】次に、本発明に係わる数値の限定理由につ
いて述べる。第1層のTiAlV合金の皮膜厚さに関
し、5nm以下では皮膜の密着性が不足し、500nm
以上では切削時塑性流動により皮膜が取り去られるため
5〜500nmとした。請求項4におけるV(C
y1-y)のyについて、yが1に近いほど耐摩耗性は増
大するが、潤滑性は低下するのでy=0〜0.8とし
た。請求項5の(Tix1-x)(Cy1-y)のx、yに
ついて、潤滑性を上げる本発明の効果を出すためには
(TiV)中のVの割合が少なくとも0.1以上あるこ
とが必要なためx=0〜0.9とした。yについては前
述と同じ理由による。なお、第1層の(TiAlV)合
金については6−4Ti合金以外に高強度、耐熱Ti合
金が種々開発されており、硬質皮膜の第1層材としてさ
らに優れた材料がある。強力Ti合金の組成かせはAl
は3〜8%、Vは1〜15%の範囲であり、これにS
n、Mo、Cr、Zrなどが有用である。本発明では6
−4Ti合金(Ti−6Al−4V)を代表とするTi
AlV合金で説明した。
【0008】本願の特徴の一つはこのような第1層を被
覆することにより皮膜の耐剥離性を向上したものであ
る。それ故、皮膜の厚さは約15μmまで厚くしても剥
離を生じにくい。また、潤滑性の高い硬質皮膜としてい
るので乾式切削においても優れた性能を発揮する。本願
の皮膜は超硬合金のほか、TiCN基サーメット、高速
度工具鋼にも適用出来、切削工具の外各種金型、治工
具、摩擦部品に適用できるもので、その工業的寄与は極
めて大きいものである。以下、実施例に基いて本発明を
説明する。
【0009】
【実施例】小型アークイオンプレーティング装置を用い
表1に示す条件で本発明例、比較例のコーティングを行
い被覆超硬エンドミルを試作した。
【0010】
【表1】
【0011】皮膜の組成はTi−Alの合金ターゲット
およびTi−V合金ターゲット、ならびに純Vターゲッ
トを用いて調整した。試作したエンドミルを用い以下の
切削条件で切削試験を行い、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は表1に併記した。切
削諸元は、エンドミル(φ8mm、6枚刃)を用いて、
被削材SKD11(硬さHRC60)、切削速度150
m/min、送り量0.06mm/刃、切り込み量12
mm×0.2mm、切削油なし、にて行った。
【0012】表1に示すように基体と接する内層(Ti
−6Al−4V)の厚さが5nmから500nmに増加
するにしたがい刃先温度は降下し、工具寿命は増加す
る。内層のない場合(試料番号12)あるいは1000
nmと極めて厚い場合は工具寿命が著しく低下する。中
間層にTiAlNを被覆した試料番号13、14では本
発明例に比し刃先温度が上昇し工具寿命を低くする。最
外層にV(CN)、(TiV)(CN)を被覆すると刃
先温度はさらに低下し工具寿命を増加する。しかし、N
を含まないVC、(TiV)C、VCの被覆では効果が
少ない。以上のごとく、内層に(TiAlV)合金を5
〜500nm被覆し、被削材と接する外層にVを含むT
iまたは(TiAl)合金の炭窒化物を被覆することに
より、皮膜の剥離がなく、潤滑性と耐摩耗性に富んだ外
層によって優れた工具寿命が得られるのである。
【0013】次にドリルで実証するために前記例と同一
の製法により超硬合金製ドリルを製作した。表2にその
結果を示す。ドリルの切削諸元は刃径φ8mmのドリル
を用い、深さ24mmの穴明け加工を被削材SCM44
0、切削速度80m/min、送り0.2mm/re
v、水溶性切削油を用いて行った。切削性能は折損まで
の穴明け数によって比較した。
【0014】
【表2】
【0015】表2に示すように外層に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極めて減少させる
ことが出来、その効果は炭化物のみよりも炭窒化物の方
が大きい。また、基体に接する内層に(TiAlV)合
金層を設けることにより、皮膜の密着性を高め、刃先温
度の上昇を抑え、結果として切削トルクを低くし、工具
寿命が増大することが分かる。
【0016】
【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、また皮
膜の密着性の改善の結果、高速化、乾式化、高送り化な
どの苛酷な切削諸元に耐える優れた切削工具を提供する
ことができた。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TiとAlを主成分とする窒化物、炭窒
    化物もしくは炭酸窒化物の硬質膜を被覆した被覆硬質合
    金において、該被覆と被覆基体の間に5乃至500nm
    厚さの(TiAlV)合金を被覆したことを特徴とする
    被覆硬質工具。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のの被覆硬質工具におい
    て、前記硬質皮膜として(TiAlV)合金の窒化物あ
    るいは炭窒化物を被覆したことを特徴とする被覆硬質工
    具。
  3. 【請求項3】 請求項1乃至2記載の被覆硬質工具にお
    いて、前記硬質皮膜として(TiAl)合金の窒化物を
    被覆し、さらにその上に最外層としてVの炭窒化物、あ
    るいは(TiV)合金の炭窒化物を被覆したことを特徴
    とする被覆硬質工具。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の被覆硬質工具において、
    前記最外層のVの炭窒化物V(Cy1-y)におけるyの
    値を0乃至0.8としたことを特徴とする被覆硬質工
    具。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の被覆硬質工具において、
    前記最外層の(TiV)合金の炭窒化物(Tix1-x
    (Cy1-y)におけるx、yの値をx=0〜0.9、y
    =0〜0.8としたことを特徴とする被覆硬質工具。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至3記載の被覆硬質工具にお
    いて、基体として高速度工具鋼、超硬合金およびTiC
    N基サーメットを用いたことを特徴とする被覆硬質工
    具。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011190539A (ja) * 2011-04-19 2011-09-29 Kobe Steel Ltd 硬質皮膜、硬質皮膜被覆材および冷間塑性加工用金型
US20120115760A1 (en) * 2007-09-11 2012-05-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Hard coating film, material coated with hard coating film, and die for cold plastic working

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120115760A1 (en) * 2007-09-11 2012-05-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Hard coating film, material coated with hard coating film, and die for cold plastic working
US8568525B2 (en) * 2007-09-11 2013-10-29 Kobe Steel, Ltd. Hard coating film, material coated with hard coating film, and die for cold plastic working
JP2011190539A (ja) * 2011-04-19 2011-09-29 Kobe Steel Ltd 硬質皮膜、硬質皮膜被覆材および冷間塑性加工用金型

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