JP2001096404A - 断続重切削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炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents
断続重切削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炭化タングステン基超硬合金製切削工具Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】断続重切削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。 【解決手段】炭化タングステン基超硬合金基体表面に、
（ａ）平均層厚（Ａ）０．１〜５μｍで、粒状結晶組織
を有し、残留引張応力存在（Ｂ）の、ＴｉＣ、ＴｉＮ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯＮ、およびＴｉＣＮＯの１種以上か
らなるＴｉ化合物層と、（ｂ）Ａ２〜１５μｍで、Ｂ
の、上方部分層と、Ｂの、下方部分層からなり、その２
つの層は相互に連続した縦長成長組織を有し、上方部分
層は、前記２〜１５μｍの２０〜４０％のＡを有するＴ
ｉＣＮ層と、（ｃ）それと同様なＡ、組織、層を有する
ＴｉＣ層と、（ｄ）Ａ０．５〜１０μｍで、粒状結晶組
織を有し、ＢのＡｌ２Ｏ３と、で構成された硬質被覆層
を５〜２５μｍの全体のＡで化学蒸着してなる、表面被
覆超硬合金製切削工具。
グ性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。 【解決手段】炭化タングステン基超硬合金基体表面に、
（ａ）平均層厚（Ａ）０．１〜５μｍで、粒状結晶組織
を有し、残留引張応力存在（Ｂ）の、ＴｉＣ、ＴｉＮ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯＮ、およびＴｉＣＮＯの１種以上か
らなるＴｉ化合物層と、（ｂ）Ａ２〜１５μｍで、Ｂ
の、上方部分層と、Ｂの、下方部分層からなり、その２
つの層は相互に連続した縦長成長組織を有し、上方部分
層は、前記２〜１５μｍの２０〜４０％のＡを有するＴ
ｉＣＮ層と、（ｃ）それと同様なＡ、組織、層を有する
ＴｉＣ層と、（ｄ）Ａ０．５〜１０μｍで、粒状結晶組
織を有し、ＢのＡｌ２Ｏ３と、で構成された硬質被覆層
を５〜２５μｍの全体のＡで化学蒸着してなる、表面被
覆超硬合金製切削工具。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に断続切削を
高送りおよび高切り込みなどの重切削条件で行った場合
に硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面
被覆炭化タングステン基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。
高送りおよび高切り込みなどの重切削条件で行った場合
に硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面
被覆炭化タングステン基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）
いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結晶組織
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、Ｔ
ｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化チタン（以下、Ｔｉ
ＣＮＯで示す）層のうちの１種または２種以上からなる
Ｔｉ化合物層と、（ｂ） ２〜１５μｍの平均層厚およ
び縦長成長結晶組織を有する炭窒化チタン（以下、ｌ−
ＴｉＣＮで示す）層と、（ｃ） ０．５〜１０μｍの平
均層厚および粒状結晶組織を有する酸化アルミニウム
（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）層と、で構成された硬質被
覆層を５〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着してなる
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Ａｌ2 Ｏ3層として、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、さらに上記ｌ−ＴｉＣ
Ｎ層は、例えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−
３２８８０８号公報などにより公知であり、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されるものである。
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、（ａ）
いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結晶組織
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、Ｔ
ｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化チタン（以下、Ｔｉ
ＣＮＯで示す）層のうちの１種または２種以上からなる
Ｔｉ化合物層と、（ｂ） ２〜１５μｍの平均層厚およ
び縦長成長結晶組織を有する炭窒化チタン（以下、ｌ−
ＴｉＣＮで示す）層と、（ｃ） ０．５〜１０μｍの平
均層厚および粒状結晶組織を有する酸化アルミニウム
（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）層と、で構成された硬質被
覆層を５〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着してなる
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Ａｌ2 Ｏ3層として、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、さらに上記ｌ−ＴｉＣ
Ｎ層は、例えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−
３２８８０８号公報などにより公知であり、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されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削装置
のＦＡ化はめざましく、また切削加工に対する省力化お
よび省エネ化、さらに低コスト化の要求も強く、これに
伴い、切削工具には、通常の条件での連続切削および断
続切削は勿論のこと、切削条件としてはきわめて過酷な
条件となる断続高送りや断続高切り込みなどの断続重切
削条件での切削も行うことのできる汎用性が求められて
いるが、上記の従来被覆超硬工具においては、特にこれ
を断続切削を高送りおよび高切り込みなどの重切削条件
で行うのに用いると、硬質被覆層にチッピング（微小欠
け）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ＦＡ化はめざましく、また切削加工に対する省力化お
よび省エネ化、さらに低コスト化の要求も強く、これに
伴い、切削工具には、通常の条件での連続切削および断
続切削は勿論のこと、切削条件としてはきわめて過酷な
条件となる断続高送りや断続高切り込みなどの断続重切
削条件での切削も行うことのできる汎用性が求められて
いるが、上記の従来被覆超硬工具においては、特にこれ
を断続切削を高送りおよび高切り込みなどの重切削条件
で行うのに用いると、硬質被覆層にチッピング（微小欠
け）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、上記の従来被覆超硬工具におけ
る硬質被覆層の耐チッピング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いて
は、これを化学蒸着法にて形成した場合、いずれの構成
層にもその結晶組織が粒状結晶であっても、また縦長成
長結晶であっても３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの残留引張応
力が存在し、これが高衝撃のかかる断続重切削ではチッ
ピング発生の原因となること。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具におけ
る硬質被覆層の耐チッピング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いて
は、これを化学蒸着法にて形成した場合、いずれの構成
層にもその結晶組織が粒状結晶であっても、また縦長成
長結晶であっても３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの残留引張応
力が存在し、これが高衝撃のかかる断続重切削ではチッ
ピング発生の原因となること。
【０００５】（ｂ）上記の通り被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層、さらに
ｌ−ＴｉＣＮ層を化学蒸着法により形成した場合、いず
れも引張応力が残留し、これを圧縮応力が残留するよう
に形成することはできないが、前記ｌ−ＴｉＣＮ層にお
いては、引張応力が残留したｌ−ＴｉＣＮ層（下方部分
層）を形成した後に、蒸着条件を変えることにより前記
下方部分層のもつ縦長成長結晶組織を損なわずに、すな
わち前記下方部分層のもつ縦長成長結晶組織と連続した
縦長成長結晶組織のままで、５〜２０ｋｇｆ／ｍｍの圧
縮応力が残留したｌ−ＴｉＣＮ層（上方部分層）を形成
することができること。
層を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2 Ｏ3 層、さらに
ｌ−ＴｉＣＮ層を化学蒸着法により形成した場合、いず
れも引張応力が残留し、これを圧縮応力が残留するよう
に形成することはできないが、前記ｌ−ＴｉＣＮ層にお
いては、引張応力が残留したｌ−ＴｉＣＮ層（下方部分
層）を形成した後に、蒸着条件を変えることにより前記
下方部分層のもつ縦長成長結晶組織を損なわずに、すな
わち前記下方部分層のもつ縦長成長結晶組織と連続した
縦長成長結晶組織のままで、５〜２０ｋｇｆ／ｍｍの圧
縮応力が残留したｌ−ＴｉＣＮ層（上方部分層）を形成
することができること。
【０００６】（ｃ）上記の５〜２０ｋｇｆ／ｍｍの圧縮
応力が残留したｌ−ＴｉＣＮ層（上方部分層）は、まず
通常の条件、すなわち、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：１
〜３％、Ｎ2：２０〜４０％、ＣＨ3ＣＮ：０．１〜１
％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：８００〜９２０℃、 雰囲気圧力：５０〜１５０Ｔｏｒｒ、 の条件で３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの残留引張応力が存在
するｌ−ＴｉＣＮ層（下方部分層）を所定層厚になるま
で化学蒸着形成した後で、蒸着条件を、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．１〜１％、Ｎ2：３０
〜５０％、ＣＨ3ＣＮ：０．１〜１％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９４０〜１０００℃、 雰囲気圧力：５０〜２００Ｔｏｒｒ、 に変え、所定時間化学蒸着を行うことにより形成できる
こと。
応力が残留したｌ−ＴｉＣＮ層（上方部分層）は、まず
通常の条件、すなわち、 反応ガス組成（容量％で、以下同じ）−ＴｉＣｌ4 ：１
〜３％、Ｎ2：２０〜４０％、ＣＨ3ＣＮ：０．１〜１
％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：８００〜９２０℃、 雰囲気圧力：５０〜１５０Ｔｏｒｒ、 の条件で３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの残留引張応力が存在
するｌ−ＴｉＣＮ層（下方部分層）を所定層厚になるま
で化学蒸着形成した後で、蒸着条件を、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．１〜１％、Ｎ2：３０
〜５０％、ＣＨ3ＣＮ：０．１〜１％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９４０〜１０００℃、 雰囲気圧力：５０〜２００Ｔｏｒｒ、 に変え、所定時間化学蒸着を行うことにより形成できる
こと。
【０００７】（ｄ）また、上記の被覆超硬工具の硬質被
覆層を構成するＴｉ化合物層のうちのＴｉＣ層に関して
も、粒状結晶組織を有するＴｉＣ層は、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：１〜６％、ＣＨ4：２〜１
０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９５０〜１０００℃、 雰囲気圧力：５０〜１５０Ｔｏｒｒ、 の条件で化学蒸着されているが、この化学蒸着条件に比
して、反応ガスにおけるＴｉＣ形成成分の濃度を相対的
に低くし、かつ反応雰囲気温度および反応雰囲気圧力を
高くした条件、すなわち、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜２％、ＣＨ4：１
〜３％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９３０〜１０５０℃、 雰囲気圧力：４００〜６００Ｔｏｒｒ、 とした条件でＴｉＣ層の化学蒸着を行うと、上記のｌ-
ＴｉＣＮ層と実質的に同じ破面組織および光学顕微鏡組
織を有する縦長成長結晶組織のＴｉＣ層が形成されるよ
うになること。
覆層を構成するＴｉ化合物層のうちのＴｉＣ層に関して
も、粒状結晶組織を有するＴｉＣ層は、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：１〜６％、ＣＨ4：２〜１
０％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９５０〜１０００℃、 雰囲気圧力：５０〜１５０Ｔｏｒｒ、 の条件で化学蒸着されているが、この化学蒸着条件に比
して、反応ガスにおけるＴｉＣ形成成分の濃度を相対的
に低くし、かつ反応雰囲気温度および反応雰囲気圧力を
高くした条件、すなわち、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜２％、ＣＨ4：１
〜３％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９３０〜１０５０℃、 雰囲気圧力：４００〜６００Ｔｏｒｒ、 とした条件でＴｉＣ層の化学蒸着を行うと、上記のｌ-
ＴｉＣＮ層と実質的に同じ破面組織および光学顕微鏡組
織を有する縦長成長結晶組織のＴｉＣ層が形成されるよ
うになること。
【０００８】（ｅ）さらに、上記（ｄ）で形成された縦
長成長結晶組織を有するＴｉＣ（以下、ｌ−ＴｉＣで示
す）層にも、３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの残留引張応力が
存在するが、上記（ｃ）で述べたｌ−ＴｉＣＮ層と同様
に、まず上記の（ｄ）条件で３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの
残留引張応力が存在するｌ−ＴｉＣ層（下方部分層）を
所定層厚になるまで化学蒸着形成した後で、蒸着条件
を、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜５％、ＣＨ4：１
〜５％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９５０〜１１５０℃、 雰囲気圧力：５０〜２００Ｔｏｒｒ、 に変え、所定時間化学蒸着を行うと、上記下方部分層の
もつ縦長成長結晶組織を損なわずに、すなわち前記下方
部分層のもつ縦長成長結晶組織と連続した縦長成長結晶
組織のままで、１０〜３０ｋｇｆ／ｍｍの圧縮応力が残
留したｌ−ＴｉＣ層（上方部分層）を形成することがで
きること。
長成長結晶組織を有するＴｉＣ（以下、ｌ−ＴｉＣで示
す）層にも、３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの残留引張応力が
存在するが、上記（ｃ）で述べたｌ−ＴｉＣＮ層と同様
に、まず上記の（ｄ）条件で３０〜７０ｋｇｆ／ｍｍの
残留引張応力が存在するｌ−ＴｉＣ層（下方部分層）を
所定層厚になるまで化学蒸着形成した後で、蒸着条件
を、 反応ガス組成−ＴｉＣｌ4 ：０．５〜５％、ＣＨ4：１
〜５％、Ｈ2 ：残り、 雰囲気温度：９５０〜１１５０℃、 雰囲気圧力：５０〜２００Ｔｏｒｒ、 に変え、所定時間化学蒸着を行うと、上記下方部分層の
もつ縦長成長結晶組織を損なわずに、すなわち前記下方
部分層のもつ縦長成長結晶組織と連続した縦長成長結晶
組織のままで、１０〜３０ｋｇｆ／ｍｍの圧縮応力が残
留したｌ−ＴｉＣ層（上方部分層）を形成することがで
きること。
【０００９】（ｆ）上記（ｃ）および（ｅ）に示され
る、いずれも下方部分に残留引張応力が存在し、上方部
分に残留圧縮応力が存在した応力分布をもったｌ−Ｔｉ
ＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層を上記硬質被覆層の構成層と
して存在させると、この結果の被覆超硬工具は、断続切
削を重切削条件で行う高衝撃付加切削に用いても、前記
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性をもつようになる
ことから、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するこ
と。
る、いずれも下方部分に残留引張応力が存在し、上方部
分に残留圧縮応力が存在した応力分布をもったｌ−Ｔｉ
ＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層を上記硬質被覆層の構成層と
して存在させると、この結果の被覆超硬工具は、断続切
削を重切削条件で行う高衝撃付加切削に用いても、前記
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性をもつようになる
ことから、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するこ
と。
【００１０】（ｇ）上記硬質被覆層を構成するｌ−Ｔｉ
ＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層での残留圧縮応力が存在する
上方部分層は、いずれも後述する理由により前記ｌ−Ｔ
ｉＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層の平均層厚の２０〜４０％
に相当する層厚をもつことが必要であること。以上
（ａ）〜（ｇ）に示される研究結果を得たのである。
ＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層での残留圧縮応力が存在する
上方部分層は、いずれも後述する理由により前記ｌ−Ｔ
ｉＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層の平均層厚の２０〜４０％
に相当する層厚をもつことが必要であること。以上
（ａ）〜（ｇ）に示される研究結果を得たのである。
【００１１】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） いず
れも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結晶組織を有
し、かつ残留引張応力が存在する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ
層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉ
ＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合
物層と、（ｂ） ２〜１５μｍの平均層厚を有し、残留
圧縮応力が存在する上方部分層と残留引張応力が存在す
る下方部分層からなり、前記上方部分層と前記下方部分
層は相互に連続した縦長成長結晶組織を有し、かつ前記
上方部分層は、前記２〜１５μｍの平均層厚の２０〜４
０％に相当する層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層と、（ｃ）
２〜１５μｍの平均層厚を有し、残留圧縮応力が存在
する上方部分層と残留引張応力が存在する下方部分層か
らなり、前記上方部分層と前記下方部分層は相互に連続
した縦長成長結晶組織を有し、かつ前記上方部分層は、
前記２〜１５μｍの平均層厚の２０〜４０％に相当する
層厚を有するｌ−ＴｉＣ層と、（ｄ） ０．５〜１０μ
ｍの平均層厚および粒状結晶組織を有し、かつ残留引張
応力が存在するＡｌ2 Ｏ3 層と、で構成された硬質被覆
層を５〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着してなる、
断続重切削で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） いず
れも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結晶組織を有
し、かつ残留引張応力が存在する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ
層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉ
ＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合
物層と、（ｂ） ２〜１５μｍの平均層厚を有し、残留
圧縮応力が存在する上方部分層と残留引張応力が存在す
る下方部分層からなり、前記上方部分層と前記下方部分
層は相互に連続した縦長成長結晶組織を有し、かつ前記
上方部分層は、前記２〜１５μｍの平均層厚の２０〜４
０％に相当する層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層と、（ｃ）
２〜１５μｍの平均層厚を有し、残留圧縮応力が存在
する上方部分層と残留引張応力が存在する下方部分層か
らなり、前記上方部分層と前記下方部分層は相互に連続
した縦長成長結晶組織を有し、かつ前記上方部分層は、
前記２〜１５μｍの平均層厚の２０〜４０％に相当する
層厚を有するｌ−ＴｉＣ層と、（ｄ） ０．５〜１０μ
ｍの平均層厚および粒状結晶組織を有し、かつ残留引張
応力が存在するＡｌ2 Ｏ3 層と、で構成された硬質被覆
層を５〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着してなる、
断続重切削で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。
【００１２】なお、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層の上方
部分層の層厚については、両者の上方部分層のうちのい
ずれかの層厚でもその平均層厚の２０％未満になると、
硬質被覆層における残留圧縮応力の残留引張応力に対す
る相対的割合が低くなるばかりでなく、硬質被覆層全体
の残留応力分布のバランスがくずれ、これが原因で切刃
にチッピングが発生し易くなり、一方いずれの層厚も前
記ｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層の平均層厚の４０
％を越えると、縦長成長結晶組織に粒状結晶組織が混入
し、縦長成長結晶組織によってもたらされるすぐれた靭
性が損なわれるようになるという理由から、その平均層
厚の２０〜４０％と定めたのである。
層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層の上方
部分層の層厚については、両者の上方部分層のうちのい
ずれかの層厚でもその平均層厚の２０％未満になると、
硬質被覆層における残留圧縮応力の残留引張応力に対す
る相対的割合が低くなるばかりでなく、硬質被覆層全体
の残留応力分布のバランスがくずれ、これが原因で切刃
にチッピングが発生し易くなり、一方いずれの層厚も前
記ｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ層の平均層厚の４０
％を越えると、縦長成長結晶組織に粒状結晶組織が混入
し、縦長成長結晶組織によってもたらされるすぐれた靭
性が損なわれるようになるという理由から、その平均層
厚の２０〜４０％と定めたのである。
【００１３】さらに、この発明の被覆超硬工具の硬質被
覆層における構成層の平均層厚は以下の理由により定め
たものである。すなわち、Ｔｉ化合物層のそれぞれに
は、共通する性質として構成層相互間の層間密着性を向
上させる作用があり、したがってその平均層厚が０．１
μｍ未満では、所望のすぐれた層間密着性を確保するこ
とができず、一方その平均層厚がいずれかでも５μｍを
越えると、切刃にチッピングが発生し易くなることか
ら、その平均層厚を０．１〜５μｍと定めた。
覆層における構成層の平均層厚は以下の理由により定め
たものである。すなわち、Ｔｉ化合物層のそれぞれに
は、共通する性質として構成層相互間の層間密着性を向
上させる作用があり、したがってその平均層厚が０．１
μｍ未満では、所望のすぐれた層間密着性を確保するこ
とができず、一方その平均層厚がいずれかでも５μｍを
越えると、切刃にチッピングが発生し易くなることか
ら、その平均層厚を０．１〜５μｍと定めた。
【００１４】また、Ａｌ2 Ｏ3 層には、硬質被覆層の耐
摩耗性を向上させる作用があるが、その平均層厚が０．
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、一方その平均層厚が１０μｍを越えると切
刃にチッピングが発生し易くなることから、その平均層
厚を０．５〜１０μｍと定めた。
摩耗性を向上させる作用があるが、その平均層厚が０．
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、一方その平均層厚が１０μｍを越えると切
刃にチッピングが発生し易くなることから、その平均層
厚を０．５〜１０μｍと定めた。
【００１５】さらに、ｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−ＴｉＣ
層には、上記の通り共に硬質被覆層に縦長成長結晶組織
によるすぐれた靭性を付与し、かつそれぞれの上方部分
層のもつ残留圧縮応力によって硬質被覆層における残留
引張応力と残留圧縮応力の相対的応力分布を良好な状態
に維持する作用があり、この結果硬質被覆層の耐チッピ
ング性が向上するようになるが、その平均層厚がそれぞ
れ２μｍ未満では、前記作用に所望の効果が得られず、
一方その平均層厚がいずれも１５μｍを越えると切刃に
欠けやチッピングが発生し易くなることから、その平均
層厚をいずれも２〜１５μｍと定めた。また、硬質被覆
層の全体平均層厚を５〜２５μｍとしたのは、その平均
層厚が５μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保すること
ができず、一方その平均層厚が２５μｍ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
である。
層には、上記の通り共に硬質被覆層に縦長成長結晶組織
によるすぐれた靭性を付与し、かつそれぞれの上方部分
層のもつ残留圧縮応力によって硬質被覆層における残留
引張応力と残留圧縮応力の相対的応力分布を良好な状態
に維持する作用があり、この結果硬質被覆層の耐チッピ
ング性が向上するようになるが、その平均層厚がそれぞ
れ２μｍ未満では、前記作用に所望の効果が得られず、
一方その平均層厚がいずれも１５μｍを越えると切刃に
欠けやチッピングが発生し易くなることから、その平均
層厚をいずれも２〜１５μｍと定めた。また、硬質被覆
層の全体平均層厚を５〜２５μｍとしたのは、その平均
層厚が５μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保すること
ができず、一方その平均層厚が２５μｍ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
である。
【００１６】
【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：１．５μｍの細粒ＷＣ粉末、３．０μｍの中粒
ＷＣ粉末、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（重量比
で、以下同じ、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５
６）粉末、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．２μｍのＣｒ3Ｃ2粉
末、および同１．２μｍ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、この混合粉末をＩ
ＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４１２に則したスローアウエイ
チップ形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１０
-3ｔｏｒｒの真空雰囲気中、１４００〜１４６０℃の範
囲内の所定の温度に１時間保持の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Ｅに対して、１００ｔｏｒｒのＣＨ4ガス
雰囲気中、温度：１４００℃に１時間保持後、徐冷の条
件で浸炭処理を施し、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Ｃｏ含有量：１５．
９重量％、深さ：４２μｍのＣｏ富化帯域を基体表面部
に形成した。また、いずれも焼結したままで、上記超硬
基体Ｃには表面部に表面から１７μｍの位置で最大Ｃｏ
含有量：１０．０重量％、深さ：２３μｍのＣｏ富化帯
域、上記超硬基体Ｄには表面部に表面から２２μｍの位
置で最大Ｃｏ含有量：１４．５重量％、深さ：２９μｍ
のＣｏ富化帯域がそれぞれ形成されており、残りの超硬
基体ＡおよびＢには前記Ｃｏ富化帯域の形成はなく、全
体的に均一な組織をもつものであった。さらに、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：１．５μｍの細粒ＷＣ粉末、３．０μｍの中粒
ＷＣ粉末、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（重量比
で、以下同じ、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５
６）粉末、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．２μｍのＣｒ3Ｃ2粉
末、および同１．２μｍ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、この混合粉末をＩ
ＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４１２に則したスローアウエイ
チップ形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１０
-3ｔｏｒｒの真空雰囲気中、１４００〜１４６０℃の範
囲内の所定の温度に１時間保持の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Ｅに対して、１００ｔｏｒｒのＣＨ4ガス
雰囲気中、温度：１４００℃に１時間保持後、徐冷の条
件で浸炭処理を施し、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Ｃｏ含有量：１５．
９重量％、深さ：４２μｍのＣｏ富化帯域を基体表面部
に形成した。また、いずれも焼結したままで、上記超硬
基体Ｃには表面部に表面から１７μｍの位置で最大Ｃｏ
含有量：１０．０重量％、深さ：２３μｍのＣｏ富化帯
域、上記超硬基体Ｄには表面部に表面から２２μｍの位
置で最大Ｃｏ含有量：１４．５重量％、深さ：２９μｍ
のＣｏ富化帯域がそれぞれ形成されており、残りの超硬
基体ＡおよびＢには前記Ｃｏ富化帯域の形成はなく、全
体的に均一な組織をもつものであった。さらに、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。
【００１７】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｅを、所定
の形状に加工およびホーニング加工した状態で、その表
面に、通常の化学蒸着装置を用い、表２に示される条件
にて、表３、４に示される目標組成および目標層厚（切
刃の逃げ面）の硬質被覆層を形成することにより、硬質
被覆層の構成層のうちのｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−Ｔｉ
Ｃ層が残留圧縮応力が存在する上方部分層と残留引張応
力が存在する下方部分層で構成された本発明被覆超硬工
具１〜１０、並びに硬質被覆層の構成層のいずれにも残
留引張応力が存在する従来被覆超硬工具１〜１０をそれ
ぞれ製造した。なお、この結果得られた各種の被覆超硬
工具について、硬質被覆層の構成層の組成および平均層
厚を電子プローブマイクロアナライザーおよび光学顕微
鏡を用いて測定し、またそれぞれの構成層の残留応力を
Ｘ線回折の測定結果に基づいて算出したところ、いずれ
も表３、４に示される目標組成および目標層厚と実質的
に同じ組成および平均層厚を示し、かつ目標残留応力と
実質的に同じ残留応力を示した。
の形状に加工およびホーニング加工した状態で、その表
面に、通常の化学蒸着装置を用い、表２に示される条件
にて、表３、４に示される目標組成および目標層厚（切
刃の逃げ面）の硬質被覆層を形成することにより、硬質
被覆層の構成層のうちのｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−Ｔｉ
Ｃ層が残留圧縮応力が存在する上方部分層と残留引張応
力が存在する下方部分層で構成された本発明被覆超硬工
具１〜１０、並びに硬質被覆層の構成層のいずれにも残
留引張応力が存在する従来被覆超硬工具１〜１０をそれ
ぞれ製造した。なお、この結果得られた各種の被覆超硬
工具について、硬質被覆層の構成層の組成および平均層
厚を電子プローブマイクロアナライザーおよび光学顕微
鏡を用いて測定し、またそれぞれの構成層の残留応力を
Ｘ線回折の測定結果に基づいて算出したところ、いずれ
も表３、４に示される目標組成および目標層厚と実質的
に同じ組成および平均層厚を示し、かつ目標残留応力と
実質的に同じ残留応力を示した。
【００１８】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１０
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：４ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０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：２ｍｍ、 送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０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最大逃げ面摩耗幅を測定し
た。この測定結果を表５に示した。
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：４ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０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：２ｍｍ、 送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０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最大逃げ面摩耗幅を測定し
た。この測定結果を表５に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】
【表５】
【００２４】
【発明の効果】表２〜５に示される結果から、硬質被覆
層中に構成層として存在するｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−
ＴｉＣ層が残留圧縮応力を有する上方部分層と残留引張
応力を有する下方部分層からなる本発明被覆超硬工具１
〜１０は、いずれも前記硬質被覆層がすぐれた耐チッピ
ング性を具備することから、特に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欠けやチッ
ピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発
揮するのに対して、硬質被覆層の構成層のいずれにも残
留引張応力が存在する従来被覆超硬工具１〜１０におい
ては、いずれも高衝撃の加わる断続重切削ではチッピン
グが発生し、これが原因で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、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削
は勿論のこと、高衝撃の加わる断続重切削にもすぐれた
耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性
能を示すものであるから、切削装置のＦＡ化、並びに切
削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十
分満足に対応できるものである。
層中に構成層として存在するｌ−ＴｉＣＮ層およびｌ−
ＴｉＣ層が残留圧縮応力を有する上方部分層と残留引張
応力を有する下方部分層からなる本発明被覆超硬工具１
〜１０は、いずれも前記硬質被覆層がすぐれた耐チッピ
ング性を具備することから、特に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欠けやチッ
ピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発
揮するのに対して、硬質被覆層の構成層のいずれにも残
留引張応力が存在する従来被覆超硬工具１〜１０におい
ては、いずれも高衝撃の加わる断続重切削ではチッピン
グが発生し、これが原因で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、例えば鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削
は勿論のこと、高衝撃の加わる断続重切削にもすぐれた
耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性
能を示すものであるから、切削装置のＦＡ化、並びに切
削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十
分満足に対応できるものである。
フロントページの続き (72)発明者 見市 昌之 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF10 FF16 FF22 FF25 4K030 AA03 AA10 AA17 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41 BA43 BB03 CA03 DA02 JA01 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） いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状
結晶組織を有し、かつ残留引張応力が存在する、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、および炭窒酸化チタン層のうちの１種または２種以
上からなるＴｉ化合物層と、 （ｂ） ２〜１５μｍの平均層厚を有し、残留圧縮応力
が存在する上方部分層と残留引張応力が存在する下方部
分層からなり、前記上方部分層と前記下方部分層は相互
に連続した縦長成長結晶組織を有し、かつ前記上方部分
層は、前記２〜１５μｍの平均層厚の２０〜４０％に相
当する層厚を有する炭窒化チタン層と、 （ｃ） ２〜１５μｍの平均層厚を有し、残留圧縮応力
が存在する上方部分層と残留引張応力が存在する下方部
分層からなり、前記上方部分層と前記下方部分層は相互
に連続した縦長成長結晶組織を有し、かつ前記上方部分
層は、前記２〜１５μｍの平均層厚の２０〜４０％に相
当する層厚を有する炭化チタン層と、 （ｄ） ０．５〜１０μｍの平均層厚および粒状結晶組
織を有する酸化アルミニウム層と、で構成された硬質被
覆層を５〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着してな
る、断続重切削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炭化タングステン基超硬合金製切削
工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27233799A JP4029529B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-09-27 | 断続重切削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炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-208497 | 1999-07-23 | ||
| JP20849799 | 1999-07-23 | ||
| JP27233799A JP4029529B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-09-27 | 断続重切削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炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001096404A true JP2001096404A (ja) | 2001-04-10 |
| JP4029529B2 JP4029529B2 (ja) | 2008-01-09 |
Family
ID=26516867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27233799A Expired - Lifetime JP4029529B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-09-27 | 断続重切削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炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4029529B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100389918C (zh) * | 2003-07-15 | 2008-05-28 | 复旦大学 | 一种多元复合镀层切削刀具及其制备方法 |
| JP2010269446A (ja) * | 2005-02-25 | 2010-12-02 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサート |
| WO2012063515A1 (ja) | 2010-11-10 | 2012-05-18 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP2012213853A (ja) * | 2005-06-17 | 2012-11-08 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサート |
-
1999
- 1999-09-27 JP JP27233799A patent/JP4029529B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100389918C (zh) * | 2003-07-15 | 2008-05-28 | 复旦大学 | 一种多元复合镀层切削刀具及其制备方法 |
| JP2010269446A (ja) * | 2005-02-25 | 2010-12-02 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサート |
| JP2013163264A (ja) * | 2005-02-25 | 2013-08-22 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサート |
| JP2012213853A (ja) * | 2005-06-17 | 2012-11-08 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサート |
| WO2012063515A1 (ja) | 2010-11-10 | 2012-05-18 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| US8715838B2 (en) | 2010-11-10 | 2014-05-06 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4029529B2 (ja) | 2008-01-09 |
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