JP2000246505A - 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 - Google Patents
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Info
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- JP2000246505A JP2000246505A JP4658599A JP4658599A JP2000246505A JP 2000246505 A JP2000246505 A JP 2000246505A JP 4658599 A JP4658599 A JP 4658599A JP 4658599 A JP4658599 A JP 4658599A JP 2000246505 A JP2000246505 A JP 2000246505A
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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発揮
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、超硬基
体の表面に、（ａ）下部層として、１．５〜２０μｍの
平均層厚を有し、かつＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ
層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のう
ちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、（ｂ）
上部層として、３．５〜１５μｍの平均層厚を有し、か
つ実質的にＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相からな
り、これら２相は、走査型電子顕微鏡による組織観察
で、相互に縦縞状に伸長した組織を示し、さらに前記Ｔ
ｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3 相との合量に占める割
合で、５〜４５面積％である２相縦縞組織層、（ｃ）必
要に応じて最表面層として、０．１〜２μｍの平均層厚
を有するＴｉＮ層、以上（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被
覆層を５〜３５μｍ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。
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、超硬基
体の表面に、（ａ）下部層として、１．５〜２０μｍの
平均層厚を有し、かつＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ
層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のう
ちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、（ｂ）
上部層として、３．５〜１５μｍの平均層厚を有し、か
つ実質的にＡｌ2 Ｏ3 相とＴｉＮＯ相との２相からな
り、これら２相は、走査型電子顕微鏡による組織観察
で、相互に縦縞状に伸長した組織を示し、さらに前記Ｔ
ｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3 相との合量に占める割
合で、５〜４５面積％である２相縦縞組織層、（ｃ）必
要に応じて最表面層として、０．１〜２μｍの平均層厚
を有するＴｉＮ層、以上（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被
覆層を５〜３５μｍ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硬
質被覆層にチッピング（微小欠け）などの発生がなく、
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硬
質被覆層にチッピング（微小欠け）などの発生がなく、
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、（ａ）
下部層として、１．５〜２０μｍの平均層厚を有し、か
つ炭化チタン（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、ＴｉＣ
Ｏ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、ＴｉＣＮＯで示す）
層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ） 上部層として、３．５〜１５μｍの平均層厚を
有する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）
層、（ｃ） さらに必要に応じて、最表面層として、
０．１〜２μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層、以上
（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層を５〜３５μｍ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
被覆超硬工具が知られており、またこの被覆超硬工具が
鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることも
知られている。また、一般に上記の被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成する下部層のＴｉ化合物層および上部層の
Ａｌ2 Ｏ3 層、さらに最表面層のＴｉＮ層が粒状結晶組
織を有し、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 層はα型結晶構造をもつ
ものやκ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供され
ることも良く知られており、さらに例えば特開平６−８
０１０号公報や特開平７−３２８８０８号公報に記載さ
れるように、前記下部層のＴｉ化合物層を構成するＴｉ
ＣＮ層が、層自身の靭性向上を目的として、通常の化学
蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合
ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸
着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつよう
にすることも行われている。さらに、ＴｉＮ層は黄金色
の色調を有し、この色調によって工具の使用前と試用後
の識別が容易になるという理由から、必要に応じて最表
面層として適用されることも知られている。
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、（ａ）
下部層として、１．５〜２０μｍの平均層厚を有し、か
つ炭化チタン（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、ＴｉＣ
Ｏ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、ＴｉＣＮＯで示す）
層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ） 上部層として、３．５〜１５μｍの平均層厚を
有する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）
層、（ｃ） さらに必要に応じて、最表面層として、
０．１〜２μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層、以上
（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層を５〜３５μｍ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
被覆超硬工具が知られており、またこの被覆超硬工具が
鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることも
知られている。また、一般に上記の被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成する下部層のＴｉ化合物層および上部層の
Ａｌ2 Ｏ3 層、さらに最表面層のＴｉＮ層が粒状結晶組
織を有し、かつ前記Ａｌ2 Ｏ3 層はα型結晶構造をもつ
ものやκ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供され
ることも良く知られており、さらに例えば特開平６−８
０１０号公報や特開平７−３２８８０８号公報に記載さ
れるように、前記下部層のＴｉ化合物層を構成するＴｉ
ＣＮ層が、層自身の靭性向上を目的として、通常の化学
蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合
ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸
着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつよう
にすることも行われている。さらに、ＴｉＮ層は黄金色
の色調を有し、この色調によって工具の使用前と試用後
の識別が容易になるという理由から、必要に応じて最表
面層として適用されることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削工具
は、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト
化の面から、使用寿命の延命化が強く求められており、
これに伴い、被覆超硬工具の硬質被覆層は厚膜化の傾向
にあるが、硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば鋼な
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
行うと、従来被覆超硬工具においては、特に硬質被覆層
を構成するＡｌ2 Ｏ3 層は、すぐれた耐熱性、並びに高
強度および高硬度を有するものの、靭性に劣るものであ
るため切刃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。
は、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト
化の面から、使用寿命の延命化が強く求められており、
これに伴い、被覆超硬工具の硬質被覆層は厚膜化の傾向
にあるが、硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば鋼な
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
行うと、従来被覆超硬工具においては、特に硬質被覆層
を構成するＡｌ2 Ｏ3 層は、すぐれた耐熱性、並びに高
強度および高硬度を有するものの、靭性に劣るものであ
るため切刃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、上記の硬質被覆層が、基本的に
Ｔｉ化合物層とＡｌ2 Ｏ3 層で構成される従来被覆超硬
工具に着目し、これの硬質被覆層の靭性向上を図るべく
研究を行った結果、 （ａ）上記の従来被覆超硬工具の硬質被覆層におけるＡ
ｌ2 Ｏ3 層に代わって、実質的に粒状結晶組織のＡｌ2
Ｏ3 相と窒酸化チタン（以下、ＴｉＮＯで示す）相との
２相からなり、これら２相は、走査型電子顕微鏡による
組織観察で、相互に縦縞状に伸長した組織を示し、かつ
前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3相との合量に占
める割合で、５〜４５面積％を占める２相縦縞組織層で
構成すると、前記２相縦縞組織層は、Ａｌ2 Ｏ3 相のも
つ特性を具備した上で、前記ＴｉＮＯ相によって一段と
すぐれた靭性をもつようになることから、この結果の被
覆超硬工具は、硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば
鋼などの断続切削を高送りや高切り込みなどの重切削条
件で行っても切刃にチッピングの発生なく、すぐれた切
削性能を長期に亘って発揮するようになること。 （ｂ）上記の２相縦縞組織層は、化学蒸着法にて、反応
ガス組成（容量％で、以下同じ）、ＡｌＣｌ3 ：１〜１
０％、ＴｉＣｌ4 ：１〜１０％、ＮＯ：０．５〜２０
％、Ｈ2 ：１．５〜１５％、Ａｒ：残り、反応温度：８
００〜１１００℃、雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒ
ｒ、の条件で形成することができ、この場合ＴｉＮＯ相
の割合は、上記の条件を調整することにより所望の割合
に設定できること。以上（ａ）および（ｂ）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、上記の硬質被覆層が、基本的に
Ｔｉ化合物層とＡｌ2 Ｏ3 層で構成される従来被覆超硬
工具に着目し、これの硬質被覆層の靭性向上を図るべく
研究を行った結果、 （ａ）上記の従来被覆超硬工具の硬質被覆層におけるＡ
ｌ2 Ｏ3 層に代わって、実質的に粒状結晶組織のＡｌ2
Ｏ3 相と窒酸化チタン（以下、ＴｉＮＯで示す）相との
２相からなり、これら２相は、走査型電子顕微鏡による
組織観察で、相互に縦縞状に伸長した組織を示し、かつ
前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2 Ｏ3相との合量に占
める割合で、５〜４５面積％を占める２相縦縞組織層で
構成すると、前記２相縦縞組織層は、Ａｌ2 Ｏ3 相のも
つ特性を具備した上で、前記ＴｉＮＯ相によって一段と
すぐれた靭性をもつようになることから、この結果の被
覆超硬工具は、硬質被覆層を厚膜化した状態で、例えば
鋼などの断続切削を高送りや高切り込みなどの重切削条
件で行っても切刃にチッピングの発生なく、すぐれた切
削性能を長期に亘って発揮するようになること。 （ｂ）上記の２相縦縞組織層は、化学蒸着法にて、反応
ガス組成（容量％で、以下同じ）、ＡｌＣｌ3 ：１〜１
０％、ＴｉＣｌ4 ：１〜１０％、ＮＯ：０．５〜２０
％、Ｈ2 ：１．５〜１５％、Ａｒ：残り、反応温度：８
００〜１１００℃、雰囲気圧力：３０〜４００Ｔｏｒ
ｒ、の条件で形成することができ、この場合ＴｉＮＯ相
の割合は、上記の条件を調整することにより所望の割合
に設定できること。以上（ａ）および（ｂ）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） 下部
層として、１．５〜２０μｍの平均層厚を有し、かつＴ
ｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ
層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上か
らなるＴｉ化合物層、（ｂ） 上部層として、３．５〜
１５μｍの平均層厚を有し、かつ実質的にＡｌ2 Ｏ3 相
とＴｉＮＯ相との２相からなり、これら２相は、走査型
電子顕微鏡による組織観察で、相互に縦縞状に伸長した
組織を示し、さらに前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2
Ｏ3 相との合量に占める割合で、５〜４５面積％である
２相縦縞組織層、（ｃ） 必要に応じて最表面層とし
て、０．１〜２μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層、以上
（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層を５〜３５μｍ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発揮する被
覆超硬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） 下部
層として、１．５〜２０μｍの平均層厚を有し、かつＴ
ｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ
層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上か
らなるＴｉ化合物層、（ｂ） 上部層として、３．５〜
１５μｍの平均層厚を有し、かつ実質的にＡｌ2 Ｏ3 相
とＴｉＮＯ相との２相からなり、これら２相は、走査型
電子顕微鏡による組織観察で、相互に縦縞状に伸長した
組織を示し、さらに前記ＴｉＮＯ相の割合が前記Ａｌ2
Ｏ3 相との合量に占める割合で、５〜４５面積％である
２相縦縞組織層、（ｃ） 必要に応じて最表面層とし
て、０．１〜２μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層、以上
（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層を５〜３５μｍ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発揮する被
覆超硬工具に特徴を有するものである。
【０００６】なお、この発明の被覆超硬工具において、
硬質被覆層の上部層としての上記の２相縦縞組織層は、
Ａｌ2 Ｏ3 相によるすぐれた耐熱性、高強度および高硬
度を具備した上で、ＴｉＮＯ相によるすぐれた靭性をも
つものであり、したがって実用に際してはすぐれた耐摩
耗性と耐チッピング性を発揮するようになるが、これら
のすぐれた靭性は、前記ＴｉＮＯ相が前記Ａｌ2 Ｏ3 相
との合量に占める割合で５面積％以上の割合で存在しな
ければ得られず、しかし前記ＴｉＮＯ相が同じく４５面
積％を越えて存在するようになると、耐摩耗性の急激な
低下が避けられないことから、ＴｉＮＯ相の割合を５〜
４５面積％、望ましくは１５〜３５面積％と定めたので
ある。また、上記の２相縦縞組織層のもつ特性を十分に
長期に亘って発揮させるためには、その平均層厚を３．
５μｍ以上とする必要があり、しかし、その平均層厚が
１５μｍを越えて厚くなり過ぎると、切刃に欠けが発生
し易くなり、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至
るようになることから、その平均層厚を３．５〜１５μ
ｍと定めた。
硬質被覆層の上部層としての上記の２相縦縞組織層は、
Ａｌ2 Ｏ3 相によるすぐれた耐熱性、高強度および高硬
度を具備した上で、ＴｉＮＯ相によるすぐれた靭性をも
つものであり、したがって実用に際してはすぐれた耐摩
耗性と耐チッピング性を発揮するようになるが、これら
のすぐれた靭性は、前記ＴｉＮＯ相が前記Ａｌ2 Ｏ3 相
との合量に占める割合で５面積％以上の割合で存在しな
ければ得られず、しかし前記ＴｉＮＯ相が同じく４５面
積％を越えて存在するようになると、耐摩耗性の急激な
低下が避けられないことから、ＴｉＮＯ相の割合を５〜
４５面積％、望ましくは１５〜３５面積％と定めたので
ある。また、上記の２相縦縞組織層のもつ特性を十分に
長期に亘って発揮させるためには、その平均層厚を３．
５μｍ以上とする必要があり、しかし、その平均層厚が
１５μｍを越えて厚くなり過ぎると、切刃に欠けが発生
し易くなり、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至
るようになることから、その平均層厚を３．５〜１５μ
ｍと定めた。
【０００７】同じく硬質被覆層の下部層としての上記Ｔ
ｉ化合物層においては、これがいずれも粒状結晶組織を
有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、
ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層であっても、また上記
の縦長成長結晶組織を有するＴｉＣＮ（以下、ｌ−Ｔｉ
ＣＮで示す）層であっても、これらはいずれも超硬基体
および上部層としての上記２相縦縞組織層のいずれとも
強固に密着して、これら層間の密着性を向上させると共
に、自身のもつすぐれた靭性によって硬質被覆層全体の
靭性向上に寄与する作用があり、したがってその平均層
厚が１．５μｍ未満では、所望のすぐれた層間密着性お
よび靭性を確保することができず、一方その平均層厚が
２０μｍを越えると硬質被覆層の摩耗進行が促進される
ようになることから、その平均層厚を１．５〜２０μｍ
と定めた。
ｉ化合物層においては、これがいずれも粒状結晶組織を
有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、
ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層であっても、また上記
の縦長成長結晶組織を有するＴｉＣＮ（以下、ｌ−Ｔｉ
ＣＮで示す）層であっても、これらはいずれも超硬基体
および上部層としての上記２相縦縞組織層のいずれとも
強固に密着して、これら層間の密着性を向上させると共
に、自身のもつすぐれた靭性によって硬質被覆層全体の
靭性向上に寄与する作用があり、したがってその平均層
厚が１．５μｍ未満では、所望のすぐれた層間密着性お
よび靭性を確保することができず、一方その平均層厚が
２０μｍを越えると硬質被覆層の摩耗進行が促進される
ようになることから、その平均層厚を１．５〜２０μｍ
と定めた。
【０００８】さらに、ＴｉＮ層を、最表面層として、必
要に応じて０．１〜２μｍの平均層厚で形成するが、こ
れは上記の通りＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色
調によって工具の使用前と試用後の識別が容易になると
いう理由からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満で
は前記色調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与
は２μｍまでの平均層厚で十分であることから、その平
均層厚を０．１〜２μｍと定めたものである。
要に応じて０．１〜２μｍの平均層厚で形成するが、こ
れは上記の通りＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色
調によって工具の使用前と試用後の識別が容易になると
いう理由からで、この場合その層厚が０．１μｍ未満で
は前記色調の付与が不十分であり、一方前記色調の付与
は２μｍまでの平均層厚で十分であることから、その平
均層厚を０．１〜２μｍと定めたものである。
【０００９】また、硬質被覆層の全体平均層厚を５〜３
５μｍとしたのは、その層厚が５μｍ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、一方その層厚
が３５μｍを越えると、切刃に欠けやチッピングが発生
し易くなるという理由からであり、望ましくは７〜２５
μｍとするのがよい。
５μｍとしたのは、その層厚が５μｍ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、一方その層厚
が３５μｍを越えると、切刃に欠けやチッピングが発生
し易くなるという理由からであり、望ましくは７〜２５
μｍとするのがよい。
【００１０】
【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、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．７μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．
２μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末および同１．１μｍの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７２時間湿式混合し、乾燥した
後、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４１２に定める形状の圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を同じく表１に示される
条件で真空焼結することにより超硬基体Ａ〜Ｅをそれぞ
れ製造した。さらに、上記超硬基体Ｂに対して、１００
ＴｏｒｒのＣＨ4 ガス雰囲気中、温度：１４００℃に１
時間保持後、徐冷の浸炭処理を施し、処理後、超硬基体
表面に付着するカーボンとＣｏを酸およびバレル研磨で
除去することにより、表面から１１μｍの位置で最大Ｃ
ｏ含有量：１６．０重量％、深さ：５２μｍのＣｏ富化
帯域を基体表面部に形成した。また、上記超硬基体Ａお
よびＤには、焼結したままで、表面部に表面から１７μ
ｍの位置で最大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２２
μｍ（超硬基体Ａ）および表面から２０μｍの位置で最
大Ｃｏ含有量：１３．８重量％、深さ：２４μｍ（超硬
基体Ｄ）のＣｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬
基体Ｃ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。なお、表１に
は、上記超硬基体Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウエル硬さ
Ａスケール）をそれぞれ示した。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平
均粒径：２．８μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同４．７μ
ｍの粗粒ＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ（重
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７０）粉末、
同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／Ｗ
Ｃ＝２４／２０／５６）粉末、同１．２μｍの（Ｔａ，
Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．
２μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末および同１．１μｍの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７２時間湿式混合し、乾燥した
後、ＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４１２に定める形状の圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を同じく表１に示される
条件で真空焼結することにより超硬基体Ａ〜Ｅをそれぞ
れ製造した。さらに、上記超硬基体Ｂに対して、１００
ＴｏｒｒのＣＨ4 ガス雰囲気中、温度：１４００℃に１
時間保持後、徐冷の浸炭処理を施し、処理後、超硬基体
表面に付着するカーボンとＣｏを酸およびバレル研磨で
除去することにより、表面から１１μｍの位置で最大Ｃ
ｏ含有量：１６．０重量％、深さ：５２μｍのＣｏ富化
帯域を基体表面部に形成した。また、上記超硬基体Ａお
よびＤには、焼結したままで、表面部に表面から１７μ
ｍの位置で最大Ｃｏ含有量：９．１重量％、深さ：２２
μｍ（超硬基体Ａ）および表面から２０μｍの位置で最
大Ｃｏ含有量：１３．８重量％、深さ：２４μｍ（超硬
基体Ｄ）のＣｏ富化帯域が形成されており、残りの超硬
基体Ｃ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。なお、表１に
は、上記超硬基体Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウエル硬さ
Ａスケール）をそれぞれ示した。
【００１１】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、３に示される条件にて、表４、５に示され
る目標組成および目標層厚の硬質被覆層（この場合いず
れも１０μｍ以上の層厚を有する厚膜の硬質被覆層とし
た）を形成することにより本発明被覆超硬工具１〜１２
および従来被覆超硬工具１〜１２をそれぞれ製造した。
なお、本発明被覆超硬工具１〜１２および従来被覆超硬
工具１〜１２の硬質被覆層の構成層について、層形成後
の断面を光学顕微鏡にて観察し、層厚を測定したとこ
ろ、目標層厚とほとんど変わらぬ平均層厚を示し、また
本発明被覆超硬工具１〜１２の硬質被覆層を構成する２
相縦縞組織層におけるＴｉＮＯ相の割合を走査型電子顕
微鏡にて観察し、反射電子像写真を撮影後、画像解析装
置で分析したところ、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には、本発明被覆超硬工具
１〜１２のうちの本発明被覆超硬工具９の表面部断面の
走査型電子顕微鏡による組織観察結果を模写図で示した
が、これ以外のものもＡｌ2 Ｏ3 相に対するＴｉＮＯ相
の割合は異なるが同様な組織観察結果を示した。
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、３に示される条件にて、表４、５に示され
る目標組成および目標層厚の硬質被覆層（この場合いず
れも１０μｍ以上の層厚を有する厚膜の硬質被覆層とし
た）を形成することにより本発明被覆超硬工具１〜１２
および従来被覆超硬工具１〜１２をそれぞれ製造した。
なお、本発明被覆超硬工具１〜１２および従来被覆超硬
工具１〜１２の硬質被覆層の構成層について、層形成後
の断面を光学顕微鏡にて観察し、層厚を測定したとこ
ろ、目標層厚とほとんど変わらぬ平均層厚を示し、また
本発明被覆超硬工具１〜１２の硬質被覆層を構成する２
相縦縞組織層におけるＴｉＮＯ相の割合を走査型電子顕
微鏡にて観察し、反射電子像写真を撮影後、画像解析装
置で分析したところ、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には、本発明被覆超硬工具
１〜１２のうちの本発明被覆超硬工具９の表面部断面の
走査型電子顕微鏡による組織観察結果を模写図で示した
が、これ以外のものもＡｌ2 Ｏ3 相に対するＴｉＮＯ相
の割合は異なるが同様な組織観察結果を示した。
【００１２】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１２
および従来被覆超硬工具１〜１２について、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（硬さ：ＨB １８０）の長さ
方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２０５ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２８ｍｍ／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・ＳＣＭ４１５（硬さ：ＨB ２１０）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：０．９ｍｍ／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１〜１２について、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（硬さ：ＨB １８０）の長さ
方向等間隔４本縦溝入り丸棒、 切削速度：２０５ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２８ｍｍ／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・ＳＣＭ４１５（硬さ：ＨB ２１０）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：０．９ｍｍ／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。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【表４】
【００１７】
【表５】
【００１８】
【表６】
【００１９】
【発明の効果】表４〜６に示される結果から、基本的に
硬質被覆層がＴｉ化合物層と２相縦縞組織層で構成され
た本発明被覆超硬工具１〜１２は、特に靭性が要求され
る鋼の断続重切削を、前記硬質被覆層を厚膜化して、１
０μｍ以上の層厚を有する状態で行った場合にも、前記
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示し、切刃にチ
ッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに
対して、硬質被覆層がＴｉ化合物層とＡｌ2 Ｏ3 層で構
成された従来被覆超硬工具１〜１２においては、鋼の断
続重切削を硬質被覆層が厚膜化された状態で行った場
合、前記Ａｌ2 Ｏ3層が原因で切刃にチッピングが発生
するのが避けられず、比較低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、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、硬質被覆層を厚膜化した状態で、か
つ断続切削を重切削条件で行った場合にも、切刃にチッ
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、したがって切削加工の省力化および
省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に寄与するもの
である。
硬質被覆層がＴｉ化合物層と２相縦縞組織層で構成され
た本発明被覆超硬工具１〜１２は、特に靭性が要求され
る鋼の断続重切削を、前記硬質被覆層を厚膜化して、１
０μｍ以上の層厚を有する状態で行った場合にも、前記
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示し、切刃にチ
ッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに
対して、硬質被覆層がＴｉ化合物層とＡｌ2 Ｏ3 層で構
成された従来被覆超硬工具１〜１２においては、鋼の断
続重切削を硬質被覆層が厚膜化された状態で行った場
合、前記Ａｌ2 Ｏ3層が原因で切刃にチッピングが発生
するのが避けられず、比較低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、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、硬質被覆層を厚膜化した状態で、か
つ断続切削を重切削条件で行った場合にも、切刃にチッ
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、したがって切削加工の省力化および
省エネ化、さらに低コスト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９の表面部断面の走査型電
子顕微鏡による組織観察結果を示す模写図である。
子顕微鏡による組織観察結果を示す模写図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF10 FF16 FF19 FF22 FF25 FF32 FF40 FF42 FF52 4K029 AA04 BA41 BA54 BA55 BA60 BA64 BB02 BB07 BC00 BD05 EA01 4K030 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41 BA42 BA43 BB01 BB12 CA03 JA01 LA22
Claims (2)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、 （ａ） 下部層として、１．５〜２０μｍの平均層厚を
有し、かつ炭化チタン層、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
チタン層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合
物層、 （ｂ） 上部層として、３．５〜１５μｍの平均層厚を
有し、かつ実質的に酸化アルミニウム相と窒酸化チタン
相との２相からなり、これら２相は、走査型電子顕微鏡
による組織観察で、相互に縦縞状に伸長した組織を示
し、さらに前記窒酸化チタン相の割合が前記酸化アルミ
ニウム相との合量に占める割合で、５〜４５面積％であ
る２相縦縞組織層、以上（ａ）および（ｂ）からなる硬
質被覆層を５〜３５μｍ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
チッピングを発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項２】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、 （ａ） 下部層として、１．５〜２０μｍの平均層厚を
有し、かつ炭化チタン層、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
チタン層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合
物層、 （ｂ） 上部層として、３．５〜１５μｍの平均層厚を
有し、かつ実質的に酸化アルミニウム相と窒酸化チタン
相との２相からなり、これら２相は、走査型電子顕微鏡
による組織観察で、相互に縦縞状に伸長した組織を示
し、さらに前記窒酸化チタン相の割合が前記酸化アルミ
ニウム相との合量に占める割合で、５〜４５面積％であ
る２相縦縞組織層、 （ｃ） 最表面層として、０．１〜２μｍの平均層厚を
有する窒化チタン層、以上（ａ）〜（ｃ）からなる硬質
被覆層を５〜３５μｍ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
ッピングを発揮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 |
|---|---|---|---|
| JP4658599A JP2000246505A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4658599A JP2000246505A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000246505A true JP2000246505A (ja) | 2000-09-12 |
Family
ID=12751388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4658599A Pending JP2000246505A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000246505A (ja) |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP4658599A patent/JP2000246505A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030520 |