JP2001322008A - 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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- JP2001322008A JP2001322008A JP2000145836A JP2000145836A JP2001322008A JP 2001322008 A JP2001322008 A JP 2001322008A JP 2000145836 A JP2000145836 A JP 2000145836A JP 2000145836 A JP2000145836 A JP 2000145836A JP 2001322008 A JP2001322008 A JP 2001322008A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【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】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、（ａ）Ｔｉ化合物層と、（ｂ）ＴｉＣＮ層と、
（ｃ）Ａｌ2 Ｏ3 層で構成された硬質被覆層を３〜２５
μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着
してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、前記硬
質被覆層を構成する縦長成長結晶組織のＴｉＣＮ層を、
これの上面部および下面部を組成式：ＴｉＣ1-x Ｎxで
現した場合、原子比で、上記上面部は、ｘ：０．４５〜
０．６０、上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．４０、を
満足するＣおよびＮの層厚方向濃度勾配を有し、かつ前
記ＣおよびＮの濃度が無段階変化または段階変化する濃
度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層で構成してなる。
する表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、（ａ）Ｔｉ化合物層と、（ｂ）ＴｉＣＮ層と、
（ｃ）Ａｌ2 Ｏ3 層で構成された硬質被覆層を３〜２５
μｍの全体平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着
してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、前記硬
質被覆層を構成する縦長成長結晶組織のＴｉＣＮ層を、
これの上面部および下面部を組成式：ＴｉＣ1-x Ｎxで
現した場合、原子比で、上記上面部は、ｘ：０．４５〜
０．６０、上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．４０、を
満足するＣおよびＮの層厚方向濃度勾配を有し、かつ前
記ＣおよびＮの濃度が無段階変化または段階変化する濃
度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層で構成してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層を構
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮで示す）が一段とすぐれた耐チッピング性を有
し、特に鋼や鋳鉄などの断続切削を高速で行った場合に
も、切刃にチッピング（微小欠け）などの発生なく、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。
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮで示す）が一段とすぐれた耐チッピング性を有
し、特に鋼や鋳鉄などの断続切削を高速で行った場合に
も、切刃にチッピング（微小欠け）などの発生なく、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、（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、酸化チタン（以下、Ｔｉ
2 Ｏ3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、ＴｉＣＮＯで示す）層のう
ちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、
（ｂ） ２〜１５μｍの平均層厚のｌ−ＴｉＣＮ層と、
（ｃ） ０．５〜８μｍ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３〜２５μｍ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−ＴｉＣＮ層
は、例えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−３２
８８０８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、酸化チタン（以下、Ｔｉ
2 Ｏ3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、ＴｉＣＮＯで示す）層のう
ちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、
（ｂ） ２〜１５μｍの平均層厚のｌ−ＴｉＣＮ層と、
（ｃ） ０．５〜８μｍ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３〜２５μｍ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−ＴｉＣＮ層
は、例えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−３２
８８０８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
求は強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にある
が、上記の従来被覆超硬工具においては、これの硬質被
覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層が相対的に良好な靭性を
具備することから、これによって硬質被覆層も良好な靭
性をもつようになり、通常の条件での連続切削や断続切
削では切刃にチッピングなどの発生なく、すぐれた切削
性能を発揮するものであるが、切削条件が一段と苛酷に
なる、断続切削を高速で行った場合には、未だ十分な靭
性を具備するものでないために、切刃にチッピングが発
生するのが避けられず、比較的短時間で使用寿命に至る
のが現状である。
に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要
求は強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にある
が、上記の従来被覆超硬工具においては、これの硬質被
覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層が相対的に良好な靭性を
具備することから、これによって硬質被覆層も良好な靭
性をもつようになり、通常の条件での連続切削や断続切
削では切刃にチッピングなどの発生なく、すぐれた切削
性能を発揮するものであるが、切削条件が一段と苛酷に
なる、断続切削を高速で行った場合には、未だ十分な靭
性を具備するものでないために、切刃にチッピングが発
生するのが避けられず、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の硬質
被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層に着目し、これの靭性
向上を図るべく研究を行った結果、ｌ−ＴｉＣＮ層の蒸
着形成に際して、基本的に反応ガス中の成分、例えばＣ
Ｈ 3 ＣＮおよび／またはＣＨ4 の含有割合を経時的に無
段階あるいは段階的に変化させることにより、ｌ−Ｔｉ
ＣＮ層に、これの下面部から上面部に向かって層厚にそ
ってＣ成分が低く、Ｎ成分が高くなる濃度勾配を付与
し、この濃度勾配を、上記上面部および下面部を組成
式：ＴｉＣ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、上記上面
部は、ｘ：０．４５〜０．６０、上記下面部は、ｘ：
０．０５〜０．４０、を満足（この場合ＣおよびＮの下
面部から上面部への濃度変化は無段階変化あるいは段階
的変化となる）するようにすると、この結果のｌ−Ｔｉ
ＣＮ層（以下、濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層と云う）は、下
面部から上面部までＣおよびＮに濃度変化のない一様な
従来ｌ−ＴｉＣＮ層に比して、すぐれた靭性を具備する
ようになり、したがって前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が
硬質被覆層を構成する被覆超硬工具は、前記濃度勾配ｌ
−ＴｉＣＮ層によって前記硬質被覆層自体の靭性がさら
に向上するようになることから、断続切削を高速で行う
という、苛酷な切削条件でも切刃にチッピングの発生な
く、すぐれた切削性能を発揮するようになるという研究
結果を得たのである。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層に着目し、これの靭性
向上を図るべく研究を行った結果、ｌ−ＴｉＣＮ層の蒸
着形成に際して、基本的に反応ガス中の成分、例えばＣ
Ｈ 3 ＣＮおよび／またはＣＨ4 の含有割合を経時的に無
段階あるいは段階的に変化させることにより、ｌ−Ｔｉ
ＣＮ層に、これの下面部から上面部に向かって層厚にそ
ってＣ成分が低く、Ｎ成分が高くなる濃度勾配を付与
し、この濃度勾配を、上記上面部および下面部を組成
式：ＴｉＣ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、上記上面
部は、ｘ：０．４５〜０．６０、上記下面部は、ｘ：
０．０５〜０．４０、を満足（この場合ＣおよびＮの下
面部から上面部への濃度変化は無段階変化あるいは段階
的変化となる）するようにすると、この結果のｌ−Ｔｉ
ＣＮ層（以下、濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層と云う）は、下
面部から上面部までＣおよびＮに濃度変化のない一様な
従来ｌ−ＴｉＣＮ層に比して、すぐれた靭性を具備する
ようになり、したがって前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が
硬質被覆層を構成する被覆超硬工具は、前記濃度勾配ｌ
−ＴｉＣＮ層によって前記硬質被覆層自体の靭性がさら
に向上するようになることから、断続切削を高速で行う
という、苛酷な切削条件でも切刃にチッピングの発生な
く、すぐれた切削性能を発揮するようになるという研究
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） 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、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ｔｉ2 Ｏ
3 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ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の平均層厚のｌ−ＴｉＣＮ層と、
（ｃ） ０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織
を有するＡｌ2 Ｏ3 層と、で構成された硬質被覆層を３
〜２５μｍ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において、上記硬質被覆層
を構成するｌ−ＴｉＣＮ層を、これの上面部および下面
部を組成式：ＴｉＣ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、
上記上面部は、ｘ：０．４５〜０．６０、上記下面部
は、ｘ：０．０５〜０．４０、を満足するＣおよびＮの
層厚方向濃度勾配を有し、かつ前記ＣおよびＮの濃度が
無段階変化または段階変化する濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層
で構成してなる、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） 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、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ｔｉ2 Ｏ
3 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ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の平均層厚のｌ−ＴｉＣＮ層と、
（ｃ） ０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織
を有するＡｌ2 Ｏ3 層と、で構成された硬質被覆層を３
〜２５μｍ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において、上記硬質被覆層
を構成するｌ−ＴｉＣＮ層を、これの上面部および下面
部を組成式：ＴｉＣ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、
上記上面部は、ｘ：０．４５〜０．６０、上記下面部
は、ｘ：０．０５〜０．４０、を満足するＣおよびＮの
層厚方向濃度勾配を有し、かつ前記ＣおよびＮの濃度が
無段階変化または段階変化する濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層
で構成してなる、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の硬質被覆
層を構成する濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層の組成式：ＴｉＣ
1-x Ｎx において、上記上面部のｘ値を０．４５〜０．
６０、望ましくは０．５０〜０．５５、下面部のｘ値を
０．０５〜０．４０、望ましくは０．１５〜０．３５と
したのは、上面部のｘ値が０．４５未満になったり、下
面部のｘ値が０．４０を越えたりすると、層厚方向のＣ
およびＮの濃度勾配が小さくなって、硬質被覆層が高速
断続切削で所望の耐チッピング性を発揮するのに十分な
靭性向上効果が得られず、一方上面部のｘ値が０．６０
を越えても、高速断続切削での耐チッピング性により一
段の向上効果が現われず、また下面部のｘ値が０．０５
未満になると、均質な縦長成長結晶組織の安定的形成が
損なわれるようになるという理由に基ずくものである。
層を構成する濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層の組成式：ＴｉＣ
1-x Ｎx において、上記上面部のｘ値を０．４５〜０．
６０、望ましくは０．５０〜０．５５、下面部のｘ値を
０．０５〜０．４０、望ましくは０．１５〜０．３５と
したのは、上面部のｘ値が０．４５未満になったり、下
面部のｘ値が０．４０を越えたりすると、層厚方向のＣ
およびＮの濃度勾配が小さくなって、硬質被覆層が高速
断続切削で所望の耐チッピング性を発揮するのに十分な
靭性向上効果が得られず、一方上面部のｘ値が０．６０
を越えても、高速断続切削での耐チッピング性により一
段の向上効果が現われず、また下面部のｘ値が０．０５
未満になると、均質な縦長成長結晶組織の安定的形成が
損なわれるようになるという理由に基ずくものである。
【０００７】同じく硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層
のそれぞれには、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０．１μｍ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５μｍ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０．１〜５μｍと定めた。同じく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８
μｍ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０．５〜８μｍと定めた。さらに
同じく濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層には、上記の通り高速断
続切削で硬質被覆層の耐チッピング性を向上させる作用
があるが、その平均層厚が２μｍ未満では、耐チッピン
グ性に所望の向上効果が得られず、一方その平均層厚が
１５μｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するようにな
ることから、その平均層厚を２〜１５μｍと定めた。ま
た、硬質被覆層の全体平均層厚を３〜２５μｍとしたの
は、その平均層厚が３μｍ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。
のそれぞれには、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０．１μｍ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５μｍ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０．１〜５μｍと定めた。同じく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８
μｍ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０．５〜８μｍと定めた。さらに
同じく濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層には、上記の通り高速断
続切削で硬質被覆層の耐チッピング性を向上させる作用
があるが、その平均層厚が２μｍ未満では、耐チッピン
グ性に所望の向上効果が得られず、一方その平均層厚が
１５μｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するようにな
ることから、その平均層厚を２〜１５μｍと定めた。ま
た、硬質被覆層の全体平均層厚を３〜２５μｍとしたの
は、その平均層厚が３μｍ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。
【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、平
均粒径：１．５μｍ有する細粒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１μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉
末、同１．２μｍのＶＣ粉末、および同１．２μｍのＣ
ｏ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ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０
８に則した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〜Ｆをそれぞれ製造した。
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有する細粒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１μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉
末、同１．２μｍのＶＣ粉末、および同１．２μｍのＣ
ｏ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ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０
８に則した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〜Ｆをそれぞれ製造した。
【０００９】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｆの表面
に、ホーニング加工を施した状態で、通常の化学蒸着装
置を用い、表２、３（表２に示される硬質被覆層の構成
層は、いずれも層の下面部から上面部まで構成成分に濃
度変化のない一様な組成をもつものであり、またｌ−Ｔ
ｉＣＮ層以外はいずれも粒状結晶組織を有するものであ
る）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（切刃の逃げ面）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１〜１０および従来被覆超
硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。なお、表４におけ
る、例えば本発明被覆超硬工具３の「ｌ−ＴｉＣＮ−カ
［２段階］ｌ−ＴｉＣＮ−３（４．０）」は、表３の
「下面部・ｌ−ＴｉＣＮ−カ（目標ｘ値：０．３０）」
の反応ガス組成から「上面部・ｌ−ＴｉＣＮ−３（目標
ｘ値：０．５５）」の反応ガス組成まで反応ガス中のＣ
Ｈ3 ＣＮ、またはＣＨ3ＣＮとＣＨ4 の含有割合を経時
的に２段階変化させて４．０μｍの目標層厚で濃度勾配
ｌ−ＴｉＣＮ層を形成した場合を示すものであり、同じ
く本発明被覆超硬工具８の「ｌ−ＴｉＣＮ−オ［連続］
ｌ−ＴｉＣＮ−４（６．６）」は、「下面部・ｌ−Ｔｉ
ＣＮ−オ（目標ｘ値：０．２５）」の反応ガス組成から
「上面部・ｌ−ＴｉＣＮ−４（目標ｘ値：０．６０）」
の反応ガス組成まで反応ガス中のＣＨ3 ＣＮ、またはＣ
Ｈ3 ＣＮとＣＨ4 の含有割合を経時的に無段階で変化さ
せて６．６μｍの目標層厚で濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層を
形成した場合を示すものである。この結果得られた本発
明被覆超硬工具１〜１０の硬質被覆層を構成す濃度勾配
ｌ−ＴｉＣＮ層の上面部および下面部のｘ値について、
それぞれの表面から０．２μｍ内側をオージェ分光分析
器を用いて測定したところ、表３に示される目標ｘ値と
実質的に同じｘ値を示した。また、硬質被覆層を構成す
る構成層もそれぞれ目標層厚と実質的に同じ平均層厚を
示した。
に、ホーニング加工を施した状態で、通常の化学蒸着装
置を用い、表２、３（表２に示される硬質被覆層の構成
層は、いずれも層の下面部から上面部まで構成成分に濃
度変化のない一様な組成をもつものであり、またｌ−Ｔ
ｉＣＮ層以外はいずれも粒状結晶組織を有するものであ
る）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（切刃の逃げ面）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１〜１０および従来被覆超
硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。なお、表４におけ
る、例えば本発明被覆超硬工具３の「ｌ−ＴｉＣＮ−カ
［２段階］ｌ−ＴｉＣＮ−３（４．０）」は、表３の
「下面部・ｌ−ＴｉＣＮ−カ（目標ｘ値：０．３０）」
の反応ガス組成から「上面部・ｌ−ＴｉＣＮ−３（目標
ｘ値：０．５５）」の反応ガス組成まで反応ガス中のＣ
Ｈ3 ＣＮ、またはＣＨ3ＣＮとＣＨ4 の含有割合を経時
的に２段階変化させて４．０μｍの目標層厚で濃度勾配
ｌ−ＴｉＣＮ層を形成した場合を示すものであり、同じ
く本発明被覆超硬工具８の「ｌ−ＴｉＣＮ−オ［連続］
ｌ−ＴｉＣＮ−４（６．６）」は、「下面部・ｌ−Ｔｉ
ＣＮ−オ（目標ｘ値：０．２５）」の反応ガス組成から
「上面部・ｌ−ＴｉＣＮ−４（目標ｘ値：０．６０）」
の反応ガス組成まで反応ガス中のＣＨ3 ＣＮ、またはＣ
Ｈ3 ＣＮとＣＨ4 の含有割合を経時的に無段階で変化さ
せて６．６μｍの目標層厚で濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層を
形成した場合を示すものである。この結果得られた本発
明被覆超硬工具１〜１０の硬質被覆層を構成す濃度勾配
ｌ−ＴｉＣＮ層の上面部および下面部のｘ値について、
それぞれの表面から０．２μｍ内側をオージェ分光分析
器を用いて測定したところ、表３に示される目標ｘ値と
実質的に同じｘ値を示した。また、硬質被覆層を構成す
る構成層もそれぞれ目標層厚と実質的に同じ平均層厚を
示した。
【００１０】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：ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速断続切削試験、並びに、 被削材：ＦＣＤ４５０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での球状黒鉛鋳鉄の乾式高速断続切削試験行い、
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６に示した。
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速断続切削試験、並びに、 被削材：ＦＣＤ４５０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での球状黒鉛鋳鉄の乾式高速断続切削試験行い、
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
層中に濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が存在する本発明被覆超
硬工具１〜１０は、いずれも前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ
層によって硬質被覆層がすぐれた靭性を具備するように
なることから、鋼や鋳鉄の断続切削を高速で行なっても
切刃にチッピングの発生なく、すぐれた切削性能を発揮
するのに対して、硬質被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層
のＣおよびＮに濃度勾配のない従来被覆超硬工具１〜１
０においては、上記の高速断続切削では硬質被覆層の靭
性不足が原因で切刃にチッピングが発生し、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、これを構成する硬質被
覆層がすぐた耐チッピング性を有するので、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、特に断続切削を高速で行なった場合にも、長期に
亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、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。
層中に濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が存在する本発明被覆超
硬工具１〜１０は、いずれも前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ
層によって硬質被覆層がすぐれた靭性を具備するように
なることから、鋼や鋳鉄の断続切削を高速で行なっても
切刃にチッピングの発生なく、すぐれた切削性能を発揮
するのに対して、硬質被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層
のＣおよびＮに濃度勾配のない従来被覆超硬工具１〜１
０においては、上記の高速断続切削では硬質被覆層の靭
性不足が原因で切刃にチッピングが発生し、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、これを構成する硬質被
覆層がすぐた耐チッピング性を有するので、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、特に断続切削を高速で行なった場合にも、長期に
亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、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 功刀 斉 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 FF13 FF16 FF19 FF22 FF23 FF25 4K029 AA04 BA41 BA44 BA54 BA55 BA60 BB02 BB07 BC00 BC02 BD05 EA01 4K030 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41 BA43 BB01 BB12 CA03 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、 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、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化チタン
層、酸化チタン層、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種または２種以上か
らなるＴｉ化合物層と、 ２〜１５μｍの平均層厚および縦長成長結晶組織を有す
る炭窒化チタン層と、 ０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織を有する
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３〜２５μｍ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、表面被覆超硬合金製切削工具に
おいて、 上記硬質被覆層を構成する縦長成長結晶組織の炭窒化チ
タン層を、これの上面部および下面部を組成式：ＴｉＣ
1-x Ｎx で現した場合、原子比で、 上記上面部は、ｘ：０．４５〜０．６０、 上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．４０、を満足するＣ
およびＮの層厚方向濃度勾配を有し、かつ前記Ｃおよび
Ｎの濃度が無段階変化または段階変化する縦長成長結晶
組織の炭窒化チタン層で構成したことを特徴とする硬質
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。
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| JP2000145836A JP4461407B2 (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 高速断続切削加工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 |
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-
2000
- 2000-05-18 JP JP2000145836A patent/JP4461407B2/ja not_active Expired - Fee Related
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