JP2000308904A - Ｗｃ基超硬合金製チップ - Google Patents
Ｗｃ基超硬合金製チップInfo
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- JP2000308904A JP2000308904A JP11115757A JP11575799A JP2000308904A JP 2000308904 A JP2000308904 A JP 2000308904A JP 11115757 A JP11115757 A JP 11115757A JP 11575799 A JP11575799 A JP 11575799A JP 2000308904 A JP2000308904 A JP 2000308904A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ステンレス鋼等の切削に適した耐
摩耗性、熱亀裂の発生軽減したＷＣ基超硬合金工具を提
供することを目的とする。 【構成】 ＷＣ基超硬基体を２層構造、あるいは上下両
面を用いるチップにおいては３層構造としたＷＣ基超硬
合金製チップにおいて、上下面は熱膨張率の小さい材
質、内部は熱膨張率の大きい材質のサンドイッチ構造と
し、上下面はチップのすくい面となるとともに圧縮残留
応力を存在させた超硬合金製チップであり、、更に、該
サンドイッチ構造成型体をプラズマ焼結で行うＷＣ基超
硬合金製チップの製造方法である。
摩耗性、熱亀裂の発生軽減したＷＣ基超硬合金工具を提
供することを目的とする。 【構成】 ＷＣ基超硬基体を２層構造、あるいは上下両
面を用いるチップにおいては３層構造としたＷＣ基超硬
合金製チップにおいて、上下面は熱膨張率の小さい材
質、内部は熱膨張率の大きい材質のサンドイッチ構造と
し、上下面はチップのすくい面となるとともに圧縮残留
応力を存在させた超硬合金製チップであり、、更に、該
サンドイッチ構造成型体をプラズマ焼結で行うＷＣ基超
硬合金製チップの製造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主にステンレス鋼など
の難削材を切削するためのＷＣ基超硬合金チップおよび
被覆ＷＣ基超硬合金チップに関する。
の難削材を切削するためのＷＣ基超硬合金チップおよび
被覆ＷＣ基超硬合金チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼や耐熱鋼は抗張力が高い、
硬さが高い、熱伝導が悪い、加工硬化するなど様々な理
由で極めて切削加工が難しく、いわゆる難削材といわれ
る。これら難削材はＷＣ基超硬合金製のチップあるいは
被覆ＷＣ基超硬合金チップで加工する場合も多い。しか
しながら、現状では望むような効率では加工出来ない場
合が多々ある。その原因を調べてみると激しい断続加工
の場合には熱亀裂の発生が欠損を呼込み、加工を難しく
していることが一因である。そのため過去においてはコ
ーティング処理が種々試みられている。コーティング処
理により耐摩耗性を増して切削抵抗を軽減し、熱の発生
を減らし結果的に熱亀裂の発生を防止しようとする試
み、被削材との摩擦係数を軽減して熱の発生を防止しよ
うとする試み、あるいは膜に圧縮応力を印加して亀裂の
発生を防止しようという試みなどが行われてきたが依然
として十分な効果は得られていない。
硬さが高い、熱伝導が悪い、加工硬化するなど様々な理
由で極めて切削加工が難しく、いわゆる難削材といわれ
る。これら難削材はＷＣ基超硬合金製のチップあるいは
被覆ＷＣ基超硬合金チップで加工する場合も多い。しか
しながら、現状では望むような効率では加工出来ない場
合が多々ある。その原因を調べてみると激しい断続加工
の場合には熱亀裂の発生が欠損を呼込み、加工を難しく
していることが一因である。そのため過去においてはコ
ーティング処理が種々試みられている。コーティング処
理により耐摩耗性を増して切削抵抗を軽減し、熱の発生
を減らし結果的に熱亀裂の発生を防止しようとする試
み、被削材との摩擦係数を軽減して熱の発生を防止しよ
うとする試み、あるいは膜に圧縮応力を印加して亀裂の
発生を防止しようという試みなどが行われてきたが依然
として十分な効果は得られていない。
【０００３】また、本願の様にＷＣ基超硬基体を２層構
造、あるいは両面を用いるチップにおいては３層構造と
したＷＣ基超硬合金製とした例では、本出願人が先に出
願した特開平７−２０７３９８号があり、表層部を耐摩
耗性に優れたＷＣ基超硬合金、内部を靱性に優れたＷＣ
基超硬合金とした例がある。更に、その製法として、特
許２８３５７０９号に記載された複合工具材の製造方法
がある。
造、あるいは両面を用いるチップにおいては３層構造と
したＷＣ基超硬合金製とした例では、本出願人が先に出
願した特開平７−２０７３９８号があり、表層部を耐摩
耗性に優れたＷＣ基超硬合金、内部を靱性に優れたＷＣ
基超硬合金とした例がある。更に、その製法として、特
許２８３５７０９号に記載された複合工具材の製造方法
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、従来の技
術では何故に熱亀裂の発生防止が不十分であるかについ
て鋭意検討を加えた結果、被覆膜だけに熱亀裂の発生防
止機能を持たせるのでは、その効果が不十分で、その基
体を十分に検討する必要があるとの結論に達した。かと
いって、従来のように単純にＷＣ基超硬合金基体を熱亀
裂発生が少ないものを選定しようとすると必然的にＣｏ
含有量が多いもの、ＴｉＣやＴａＣのようなｆｃｃ構造
をとる傾向の強い物質の含有量を低めて熱膨張率を低減
した材質をとなる。しかし、そのような材質を基体とし
て用いると耐摩耗性が低下して、結局は摩耗量の増大、
切削熱の増大、熱亀裂の発生、チップの欠損という悪循
環が繰り返されるのみで大きな効果は期待できない。
術では何故に熱亀裂の発生防止が不十分であるかについ
て鋭意検討を加えた結果、被覆膜だけに熱亀裂の発生防
止機能を持たせるのでは、その効果が不十分で、その基
体を十分に検討する必要があるとの結論に達した。かと
いって、従来のように単純にＷＣ基超硬合金基体を熱亀
裂発生が少ないものを選定しようとすると必然的にＣｏ
含有量が多いもの、ＴｉＣやＴａＣのようなｆｃｃ構造
をとる傾向の強い物質の含有量を低めて熱膨張率を低減
した材質をとなる。しかし、そのような材質を基体とし
て用いると耐摩耗性が低下して、結局は摩耗量の増大、
切削熱の増大、熱亀裂の発生、チップの欠損という悪循
環が繰り返されるのみで大きな効果は期待できない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者はＷＣ
基超硬基体を２層構造、あるいは両面を用いるチップに
おいては３層構造としたＷＣ基超硬合金製チップにおい
て、上下面は熱膨張率の小さい材質とし、内部は熱膨張
率の大きい材質としたサンドイッチ構造のチップを創生
した。すなわち、熱膨張率の大きい材質を中に熱膨張率
の小さい材質を上、または上下面にしたサンドイッチ構
造とし、上（下）面はチップのすくい面となるようにす
るのである。こういう構造体を焼結プロセスで作製する
と、熱膨張差のために上（下）面には極めて大きな圧縮
残留応力が発生することになる。基体自体に発生した残
留圧縮応力は極めて効果的に熱亀裂の発生の防止効果が
生じる。また側面すなわち逃げ面には切刃のすぐ下に熱
膨張率の大きな材質、すなわちＴｉＣやＴａＣの含有量
が多い耐摩耗性に富む材質があり、いわゆるフランク摩
耗を低減し、上述した摩耗から欠損までのリンクを元か
ら断ち切ることができるのである。
基超硬基体を２層構造、あるいは両面を用いるチップに
おいては３層構造としたＷＣ基超硬合金製チップにおい
て、上下面は熱膨張率の小さい材質とし、内部は熱膨張
率の大きい材質としたサンドイッチ構造のチップを創生
した。すなわち、熱膨張率の大きい材質を中に熱膨張率
の小さい材質を上、または上下面にしたサンドイッチ構
造とし、上（下）面はチップのすくい面となるようにす
るのである。こういう構造体を焼結プロセスで作製する
と、熱膨張差のために上（下）面には極めて大きな圧縮
残留応力が発生することになる。基体自体に発生した残
留圧縮応力は極めて効果的に熱亀裂の発生の防止効果が
生じる。また側面すなわち逃げ面には切刃のすぐ下に熱
膨張率の大きな材質、すなわちＴｉＣやＴａＣの含有量
が多い耐摩耗性に富む材質があり、いわゆるフランク摩
耗を低減し、上述した摩耗から欠損までのリンクを元か
ら断ち切ることができるのである。
【０００６】また、該基体に物理蒸着法や化学蒸着法で
硬質物質を被覆するとＰＶＤ法で膜に導入された圧縮応
力に基体の圧縮応力が加算され耐熱亀裂性が大幅に助長
され、ＣＶＤ法では膜に導入された引っ張り応力は基体
の圧縮応力で緩和され熱亀裂の発生が低減される。本発
明のような構造体を造るには種々な手段が考えられる
が、留意すべき点は焼結中の拡散である。異種材質のサ
ンドイッチ構造成型体を通常知られている方法で焼結す
ると拡散のため組成の均一化がすすみ十分な圧縮応力が
上（下）面に発生しない場合が多い。効果的な手段はプ
ラズマを印加して焼結をおこなう、いわゆるプラズマ焼
結でその発明の目的に叶う手段である。プラズマ焼結は
周知のように極めて短時間に昇温、焼結、冷却が行われ
るので組成の均一化が極端には進行しない。また異材質
の界面近傍においてのみ拡散を行なわせることが条件を
選ぶことで可能となるので異種材質の界面での剥離が生
じないなど理想的な手段の一つである。
硬質物質を被覆するとＰＶＤ法で膜に導入された圧縮応
力に基体の圧縮応力が加算され耐熱亀裂性が大幅に助長
され、ＣＶＤ法では膜に導入された引っ張り応力は基体
の圧縮応力で緩和され熱亀裂の発生が低減される。本発
明のような構造体を造るには種々な手段が考えられる
が、留意すべき点は焼結中の拡散である。異種材質のサ
ンドイッチ構造成型体を通常知られている方法で焼結す
ると拡散のため組成の均一化がすすみ十分な圧縮応力が
上（下）面に発生しない場合が多い。効果的な手段はプ
ラズマを印加して焼結をおこなう、いわゆるプラズマ焼
結でその発明の目的に叶う手段である。プラズマ焼結は
周知のように極めて短時間に昇温、焼結、冷却が行われ
るので組成の均一化が極端には進行しない。また異材質
の界面近傍においてのみ拡散を行なわせることが条件を
選ぶことで可能となるので異種材質の界面での剥離が生
じないなど理想的な手段の一つである。
【０００７】
【作用】本発明の目的を達成するためにはすくい面の残
留応力を被覆処理なしで用いる場合には圧縮応力の場合
の符号を−とすると−１２０〜−５ｋｇ／ｍｍ２ が望
ましい。また、被覆ＷＣ基超硬合金チップの場合も同様
に−１２０〜−５ｋｇ／ｍｍ２ が望ましい。−１２０ｋ
ｇ／ｍｍ２ より負に大きいと自壊現象で靭性が低下
し、実用に供しない。また被覆なしでは−５ｋｇ／ｍｍ
２ より大きいと熱亀裂の発生を低減できない。また−
５ｋｇ／ｍｍ２ より大きいと熱亀裂の発生を低減でき
ない。
留応力を被覆処理なしで用いる場合には圧縮応力の場合
の符号を−とすると−１２０〜−５ｋｇ／ｍｍ２ が望
ましい。また、被覆ＷＣ基超硬合金チップの場合も同様
に−１２０〜−５ｋｇ／ｍｍ２ が望ましい。−１２０ｋ
ｇ／ｍｍ２ より負に大きいと自壊現象で靭性が低下
し、実用に供しない。また被覆なしでは−５ｋｇ／ｍｍ
２ より大きいと熱亀裂の発生を低減できない。また−
５ｋｇ／ｍｍ２ より大きいと熱亀裂の発生を低減でき
ない。
【０００８】基体のすくい面の組成は、ＴｉＣ：０〜１
０％、ＴａＣ：０〜１０％、ＮｂＣ：０〜１０％、Ｃ
ｏ：３〜１５％、残り：ＷＣおよび不可避不純物、が好
ましい。ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣいずれにおいても１０
％を超えると熱膨張率が高くなり十分な圧縮応力の印加
が期待できない。Ｃｏ量は３〜１０％が良く、３％未満
では靭性に劣り、１５％を超えると耐摩耗性が低下しい
ずれも実用に供し難い。基体の逃げ面の組成は、Ｔｉ
Ｃ：０〜３０％、ＴａＣ：０〜３０％、ＮｂＣ：０〜３
０％、Ｃｏ：３〜１２％、残り：ＷＣおよび不可避不純
物、が好ましい。ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣいずれにおい
ても１０％を超えると熱膨張率が高くなり十分な圧縮応
力の印加が期待できない。Ｃｏ量は３〜１２％が良く、
３％未満では靭性に劣り、１２％を超えると耐摩耗性が
低下し、いずれも実用に供し難い。硬質皮膜はＴｉＮ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、アルミナなど多くの皮膜で効果
が得られる。また基体は特に２層、３層にこだわる必要
はなく、もっと多層でも良い。要は所定の残留応力がす
くい面上に付加されれば、本発明の目的に叶う。
０％、ＴａＣ：０〜１０％、ＮｂＣ：０〜１０％、Ｃ
ｏ：３〜１５％、残り：ＷＣおよび不可避不純物、が好
ましい。ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣいずれにおいても１０
％を超えると熱膨張率が高くなり十分な圧縮応力の印加
が期待できない。Ｃｏ量は３〜１０％が良く、３％未満
では靭性に劣り、１５％を超えると耐摩耗性が低下しい
ずれも実用に供し難い。基体の逃げ面の組成は、Ｔｉ
Ｃ：０〜３０％、ＴａＣ：０〜３０％、ＮｂＣ：０〜３
０％、Ｃｏ：３〜１２％、残り：ＷＣおよび不可避不純
物、が好ましい。ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣいずれにおい
ても１０％を超えると熱膨張率が高くなり十分な圧縮応
力の印加が期待できない。Ｃｏ量は３〜１２％が良く、
３％未満では靭性に劣り、１２％を超えると耐摩耗性が
低下し、いずれも実用に供し難い。硬質皮膜はＴｉＮ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、アルミナなど多くの皮膜で効果
が得られる。また基体は特に２層、３層にこだわる必要
はなく、もっと多層でも良い。要は所定の残留応力がす
くい面上に付加されれば、本発明の目的に叶う。
【０００９】
【実施例】表１に示す上下部材、表２に内部となる部材
の成形体をカーボン製の型内に設置し、真空中で加熱し
て一旦成型バインダーを除去後プラズマを印加しながら
焼結した。加熱から焼結・冷却までの所要時間は３０分
であった。表３にその組み合わせを示す。
の成形体をカーボン製の型内に設置し、真空中で加熱し
て一旦成型バインダーを除去後プラズマを印加しながら
焼結した。加熱から焼結・冷却までの所要時間は３０分
であった。表３にその組み合わせを示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
【００１３】次に、カーボン製型から取り出した外形７
０ｍｍ、厚み５ｍｍの円盤状を碁盤目状に切断後、所定
のチップ形状に研削加工した。その一部には硬質皮膜を
被覆した。切削テストに供する前に硬さ及びＸ線回折装
置を用いて残留応力を測定した。その結果も表３に併記
する。
０ｍｍ、厚み５ｍｍの円盤状を碁盤目状に切断後、所定
のチップ形状に研削加工した。その一部には硬質皮膜を
被覆した。切削テストに供する前に硬さ及びＸ線回折装
置を用いて残留応力を測定した。その結果も表３に併記
する。
【００１４】表３より、組み合わせの組成とプラズマ焼
結とを選択することにより２０〜１２０ｋｇ／ｍｍ２
の圧縮残留応力を付与することができる。次に、切削速
度：１８０ｍ／ｍｉｎ、送り：０．３２ｍ／刃、被削
材：ステンレスＳＵＳ３０４、ダイス鋼ＳＫＤ１１、を
用いて、切削加工を行なった。表４にその結果を示す。
結とを選択することにより２０〜１２０ｋｇ／ｍｍ２
の圧縮残留応力を付与することができる。次に、切削速
度：１８０ｍ／ｍｉｎ、送り：０．３２ｍ／刃、被削
材：ステンレスＳＵＳ３０４、ダイス鋼ＳＫＤ１１、を
用いて、切削加工を行なった。表４にその結果を示す。
【００１５】
【表４】
【００１６】ステンレス鋼切削においては、いずれの場
合も１ｍ以上の切削が可能であり、本発明の目的に叶
う。また、ダイス鋼切削においても、４ｍ以上の切削が
可能であり、特に、試料番号２２の様に圧縮残留応力を
より大きな値としたもの程、長時間の切削を行うことが
できる傾向にある。
合も１ｍ以上の切削が可能であり、本発明の目的に叶
う。また、ダイス鋼切削においても、４ｍ以上の切削が
可能であり、特に、試料番号２２の様に圧縮残留応力を
より大きな値としたもの程、長時間の切削を行うことが
できる傾向にある。
【００１７】
【発明の効果】本発明を適用することにより、従来の超
硬合金の均質な組成では得られない圧縮応力を付与する
ことができ、また、用途に合わせて、圧縮応力を調整す
ることにより、例えば、ステンレス鋼等の切削では大き
な圧縮応力を付与したときに長寿命な工具が得られた。
硬合金の均質な組成では得られない圧縮応力を付与する
ことができ、また、用途に合わせて、圧縮応力を調整す
ることにより、例えば、ステンレス鋼等の切削では大き
な圧縮応力を付与したときに長寿命な工具が得られた。
Claims (6)
- 【請求項１】 ＷＣ基超硬基体を２層構造、あるいは上
下両面を用いるチップにおいては３層構造としたＷＣ基
超硬合金製チップにおいて、上下面は熱膨張率の小さい
材質、内部は熱膨張率の大きい材質のサンドイッチ構造
とし、上下面はチップのすくい面となるとともに圧縮残
留応力が存在していることを特徴とするＷＣ基超硬合金
製チップ。 - 【請求項２】 ＷＣ基超硬基体を２層構造、あるいは上
下両面を用いるチップにおいては３層構造としたＷＣ基
超硬合金製チップにおいて、上下面は熱膨張率の小さい
材質、内部は熱膨張率の大きい材質のサンドイッチ構造
とし、上下面はチップのすくい面となるとともに圧縮残
留応力を存在させ、かつ、該サンドイッチ構造成型体を
プラズマ焼結で行うことを特徴とするＷＣ基超硬合金製
チップの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１乃至２記載のＷＣ基超硬合金製
チップにおいて、該基体に物理蒸着法で硬質物質を被覆
したことを特徴とするＷＣ基超硬合金製チップ。 - 【請求項４】 請求項１乃至３記載のＷＣ基超硬合金製
チップにおいて、該基体に化学蒸着法で硬質物質を被覆
したことを特徴とするＷＣ基超硬合金製チップ。 - 【請求項５】 請求項１乃至２記載のＷＣ基超硬合金製
チップにおいて、すくい面の残留応力を−１２０〜−５
ｋｇ／ｍｍ２ としたことを特徴とするＷＣ基超硬合金
製チップ。 - 【請求項６】 請求項２乃至５記載のＷＣ基超硬合金製
チップにおいて、該硬質物質がＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ｔｉ
ＡｌＮ、アルミナなどであることを特徴とするＷＣ基超
硬合金製チップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11115757A JP2000308904A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | Ｗｃ基超硬合金製チップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11115757A JP2000308904A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | Ｗｃ基超硬合金製チップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000308904A true JP2000308904A (ja) | 2000-11-07 |
Family
ID=14670308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11115757A Pending JP2000308904A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | Ｗｃ基超硬合金製チップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000308904A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089005A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-03-25 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | Ｗｃ基超硬合金製積層チップおよびその製造方法 |
| JP2005213651A (ja) * | 2004-01-26 | 2005-08-11 | Sandvik Ab | 超硬合金工具及びそれらの超硬合金 |
| CN108034878A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-15 | 河源富马硬质合金股份有限公司 | 一种高强韧多晶硬质合金挤压圆棒材料 |
| WO2023136954A1 (en) * | 2022-01-12 | 2023-07-20 | Hyperion Materials & Technologies, Inc. | Improved cemented carbide compositions |
-
1999
- 1999-04-23 JP JP11115757A patent/JP2000308904A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089005A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-03-25 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | Ｗｃ基超硬合金製積層チップおよびその製造方法 |
| JP2005213651A (ja) * | 2004-01-26 | 2005-08-11 | Sandvik Ab | 超硬合金工具及びそれらの超硬合金 |
| KR101175568B1 (ko) | 2004-01-26 | 2012-08-22 | 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 | 초경합금 공구 |
| CN108034878A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-15 | 河源富马硬质合金股份有限公司 | 一种高强韧多晶硬质合金挤压圆棒材料 |
| WO2023136954A1 (en) * | 2022-01-12 | 2023-07-20 | Hyperion Materials & Technologies, Inc. | Improved cemented carbide compositions |
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