JP2001328005A - 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製スローアウエイ切削チップ - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製スローアウエイ切削チップInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する被
覆超硬切削チップを提供する。 【解決手段】 被覆超硬切削チップが、ＷＣ基超硬合金
基体の表面に、（ａ）基体側から第１層として、０．１
〜２μｍの平均層厚および粒状結晶組織を有するＴｉＮ
層、（ｂ）同第２層として、３〜１５μｍの平均層厚お
よび縦長成長結晶組織を有するＴｉＣＮ層、（ｃ）同第
３層として、０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶
組織を有するＴｉＣＮ層、（ｄ）同第４層として、０．
３〜３μｍの平均層厚および粒状結晶組織を有すると共
に、上記第３層のＴｉＣＮ層との下側界面から第５層の
Ａｌ2 Ｏ3層との上側界面に向って、かつ層厚に沿っ
て、構成成分であるＴｉ，Ｃ、およびＮ成分が連続的お
よび／または断続的に漸次減少し、同じく構成成分であ
るＡｌおよびＯ成分は連続的および／または断続的に漸
次増加する成分濃度分布を有する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ
層、（ｅ）同第５層として、１〜８μｍの平均層厚およ
び粒状結晶組織を有するＡｌ2 Ｏ3 層、で構成された硬
質被覆層を化学蒸着および／または物理蒸着してなる。
覆超硬切削チップを提供する。 【解決手段】 被覆超硬切削チップが、ＷＣ基超硬合金
基体の表面に、（ａ）基体側から第１層として、０．１
〜２μｍの平均層厚および粒状結晶組織を有するＴｉＮ
層、（ｂ）同第２層として、３〜１５μｍの平均層厚お
よび縦長成長結晶組織を有するＴｉＣＮ層、（ｃ）同第
３層として、０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶
組織を有するＴｉＣＮ層、（ｄ）同第４層として、０．
３〜３μｍの平均層厚および粒状結晶組織を有すると共
に、上記第３層のＴｉＣＮ層との下側界面から第５層の
Ａｌ2 Ｏ3層との上側界面に向って、かつ層厚に沿っ
て、構成成分であるＴｉ，Ｃ、およびＮ成分が連続的お
よび／または断続的に漸次減少し、同じく構成成分であ
るＡｌおよびＯ成分は連続的および／または断続的に漸
次増加する成分濃度分布を有する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ
層、（ｅ）同第５層として、１〜８μｍの平均層厚およ
び粒状結晶組織を有するＡｌ2 Ｏ3 層、で構成された硬
質被覆層を化学蒸着および／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、特にステンレス
鋼や軟鋼などの難削材の高速切削で、硬質被覆層がすぐ
れた層間密着性を発揮する表面被覆炭化タングステン基
超硬合金製スローアウエイ切削チップ（以下、被覆超硬
切削チップという）に関するものである。
鋼や軟鋼などの難削材の高速切削で、硬質被覆層がすぐ
れた層間密着性を発揮する表面被覆炭化タングステン基
超硬合金製スローアウエイ切削チップ（以下、被覆超硬
切削チップという）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開平７−３２８
８１０号公報に記載されるように、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）基体側から第１層として、０．１〜２μｍの平均
層厚および粒状結晶組織を有する窒化チタン（以下、同
じくＴｉＮで示す）層、（ｂ）同第２層として、３〜１
５μｍ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、（ｃ）同第
３層として、０．５〜８ｍの平均層厚および粒状結晶組
織を有する炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層、
（ｄ）同第４層として、０．３〜３μｍの平均層厚およ
び粒状結晶組織を有する炭酸化チタン（以下、ＴｉＣＯ
で示す）層および／または炭窒酸化チタン（以下、Ｔｉ
ＣＮＯで示す）層、（ｄ）同第５層として、１〜８μｍ
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、で構成された硬質被
覆層を化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆超
硬切削チップが知られており、またこの被覆超硬切削チ
ップ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切削
チップ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６−５７４３０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。
８１０号公報に記載されるように、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）基体側から第１層として、０．１〜２μｍの平均
層厚および粒状結晶組織を有する窒化チタン（以下、同
じくＴｉＮで示す）層、（ｂ）同第２層として、３〜１
５μｍ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、（ｃ）同第
３層として、０．５〜８ｍの平均層厚および粒状結晶組
織を有する炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層、
（ｄ）同第４層として、０．３〜３μｍの平均層厚およ
び粒状結晶組織を有する炭酸化チタン（以下、ＴｉＣＯ
で示す）層および／または炭窒酸化チタン（以下、Ｔｉ
ＣＮＯで示す）層、（ｄ）同第５層として、１〜８μｍ
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、で構成された硬質被
覆層を化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆超
硬切削チップが知られており、またこの被覆超硬切削チ
ップ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切削
チップ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６−５７４３０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
の高性能化および高出力化はめざましく、さらに切削加
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、切削加工は、高速化の傾向に
あるが、上記の従来被覆超硬切削チップにおいては、こ
れを通常の条件で低合金鋼や鋳鉄などを切削加工するの
に用いた場合には問題はないが、これを特に材質的に粘
性が高く、かつ切粉が切刃表面に溶着し易く、このため
切刃への切削抵抗が高いものとなるステンレス鋼や軟鋼
などの難削材の切削を、さらに一段の切削抵抗上昇をも
たらす高速条件で行った場合、硬質被覆層の第１層と超
硬基体間、およびいずれもＴｉ化合物からなる同第１〜
３層間はすぐれた密着性をもつが、同第４層を構成する
ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層の同第３層を構成するＴ
ｉＣＮ層および同第５層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層に対す
る密着性が十分でないために、これらの層間で剥離が発
生し易く、これが原因で切刃には欠けやチッピング（微
小欠け）が発生し、この結果比較的短時間で使用寿命に
至るのが現状である。
の高性能化および高出力化はめざましく、さらに切削加
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、切削加工は、高速化の傾向に
あるが、上記の従来被覆超硬切削チップにおいては、こ
れを通常の条件で低合金鋼や鋳鉄などを切削加工するの
に用いた場合には問題はないが、これを特に材質的に粘
性が高く、かつ切粉が切刃表面に溶着し易く、このため
切刃への切削抵抗が高いものとなるステンレス鋼や軟鋼
などの難削材の切削を、さらに一段の切削抵抗上昇をも
たらす高速条件で行った場合、硬質被覆層の第１層と超
硬基体間、およびいずれもＴｉ化合物からなる同第１〜
３層間はすぐれた密着性をもつが、同第４層を構成する
ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層の同第３層を構成するＴ
ｉＣＮ層および同第５層を構成するＡｌ2 Ｏ3 層に対す
る密着性が十分でないために、これらの層間で剥離が発
生し易く、これが原因で切刃には欠けやチッピング（微
小欠け）が発生し、この結果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切削チップ
における硬質被覆層の層間密着性の向上を図るべく研究
を行った結果、上記の従来被覆超硬切削チップの硬質被
覆層で第４層として存在するＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮ
Ｏ層に代って、同第３層のＴｉＣＮ層との下側界面から
第５層のＡｌ2 Ｏ3 層との上側界面に向って、かつ層厚
に沿って、構成成分であるＴｉ、炭素（Ｃ）、および窒
素（Ｎ）が連続的および／または断続的に漸次減少し、
同じく構成成分であるＡｌおよび酸素（Ｏ）は連続的お
よび／または断続的に漸次増加する成分濃度分布を有す
るＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮＯで示す］層で構成すると、この結果の被覆超硬切
削チップにおいては、硬質被覆層を構成する上記（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層が、上記の通りの構成成分の濃度分
布によって、第３層のＴｉＣＮ層と接する下側界面部分
では前記ＴｉＣＮ層と近似した組成を有し、一方第５層
のＡｌ2 Ｏ3 層と接する上側界面部分では前記Ａｌ2 Ｏ
3 層と近似した組成をもつようになることから、前記第
３層のＴｉＣＮ層および第５層のＡｌ2 Ｏ3 層に対する
密着性が著しく向上し、硬質被覆層が全体的にすぐれた
層間密着性をもつようになるので、切刃への切削抵抗が
著しく高いステンレス鋼や軟鋼などの難削材の切削を高
速で行っても、硬質被覆層の層間剥離が原因の欠けやチ
ッピングの発生が防止され、すぐれた切削性能を長期に
亘って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切削チップ
における硬質被覆層の層間密着性の向上を図るべく研究
を行った結果、上記の従来被覆超硬切削チップの硬質被
覆層で第４層として存在するＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮ
Ｏ層に代って、同第３層のＴｉＣＮ層との下側界面から
第５層のＡｌ2 Ｏ3 層との上側界面に向って、かつ層厚
に沿って、構成成分であるＴｉ、炭素（Ｃ）、および窒
素（Ｎ）が連続的および／または断続的に漸次減少し、
同じく構成成分であるＡｌおよび酸素（Ｏ）は連続的お
よび／または断続的に漸次増加する成分濃度分布を有す
るＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮＯで示す］層で構成すると、この結果の被覆超硬切
削チップにおいては、硬質被覆層を構成する上記（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層が、上記の通りの構成成分の濃度分
布によって、第３層のＴｉＣＮ層と接する下側界面部分
では前記ＴｉＣＮ層と近似した組成を有し、一方第５層
のＡｌ2 Ｏ3 層と接する上側界面部分では前記Ａｌ2 Ｏ
3 層と近似した組成をもつようになることから、前記第
３層のＴｉＣＮ層および第５層のＡｌ2 Ｏ3 層に対する
密着性が著しく向上し、硬質被覆層が全体的にすぐれた
層間密着性をもつようになるので、切刃への切削抵抗が
著しく高いステンレス鋼や軟鋼などの難削材の切削を高
速で行っても、硬質被覆層の層間剥離が原因の欠けやチ
ッピングの発生が防止され、すぐれた切削性能を長期に
亘って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）基体側
から第１層として、０．１〜２μｍの平均層厚を有する
ＴｉＮ層、（ｂ 同第２層として、３〜１５μｍの平均
層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層、（ｃ）同第３層として、
０．５〜８ｍの平均層厚を有するＴｉＣＮ層、（ｄ）同
第４層として、０．３〜３μｍの平均層厚を有すると共
に、上記第３層のＴｉＣＮ層との下側界面から第５層の
Ａｌ2 Ｏ3層との上側界面に向って、かつ層厚に沿っ
て、構成成分であるＴｉ、Ｃ、およびＮ成分が連続的お
よび／または断続的に漸次減少し、同じく構成成分であ
るＡｌおよびＯ成分は連続的および／または断続的に漸
次増加する成分濃度分布を有する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ
層、（ｄ）同第５層として、１〜８μｍの平均層厚を有
するＡｌ2 Ｏ3 層、で構成された硬質被覆層を化学蒸着
および／または物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれ
た層間密着性を有する被覆超硬切削チップに特徴を有す
るものである。
されたものであって、超硬基体の表面に、（ａ）基体側
から第１層として、０．１〜２μｍの平均層厚を有する
ＴｉＮ層、（ｂ 同第２層として、３〜１５μｍの平均
層厚を有するｌ−ＴｉＣＮ層、（ｃ）同第３層として、
０．５〜８ｍの平均層厚を有するＴｉＣＮ層、（ｄ）同
第４層として、０．３〜３μｍの平均層厚を有すると共
に、上記第３層のＴｉＣＮ層との下側界面から第５層の
Ａｌ2 Ｏ3層との上側界面に向って、かつ層厚に沿っ
て、構成成分であるＴｉ、Ｃ、およびＮ成分が連続的お
よび／または断続的に漸次減少し、同じく構成成分であ
るＡｌおよびＯ成分は連続的および／または断続的に漸
次増加する成分濃度分布を有する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ
層、（ｄ）同第５層として、１〜８μｍの平均層厚を有
するＡｌ2 Ｏ3 層、で構成された硬質被覆層を化学蒸着
および／または物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれ
た層間密着性を有する被覆超硬切削チップに特徴を有す
るものである。
【０００６】なお、この発明の被覆超硬切削チップの硬
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。 （ａ）ＴｉＮ層 第１層のＴｉＮ層は、超硬基体および第２層のｌ−Ｔｉ
ＣＮ層のいずれにも強固に密着し、層間密着性向上に寄
与する作用があるが、その平均層厚が０．１μｍ未満で
は、所望のすぐれた密着性を確保することができず、一
方前記密着性は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。
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。 （ａ）ＴｉＮ層 第１層のＴｉＮ層は、超硬基体および第２層のｌ−Ｔｉ
ＣＮ層のいずれにも強固に密着し、層間密着性向上に寄
与する作用があるが、その平均層厚が０．１μｍ未満で
は、所望のすぐれた密着性を確保することができず、一
方前記密着性は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。
【０００７】（ｂ）ｌ−ＴｉＣＮ層 第２層のｌ−ＴｉＣＮ層は、それ自身のもつ縦長成長結
晶組織によってすぐれた靭性を有し、これが硬質被覆層
全体の靭性向上に付与する作用をもつが、その平均層厚
が３μｍ未満では、硬質被覆層に所望の靭性向上効果が
得られず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、特
に熱発生の著しい上記難削材の高速切削では切刃偏摩耗
の原因となる熱塑性変形を起し易くなることから、その
平均層厚を３〜１５μｍと定めた。
晶組織によってすぐれた靭性を有し、これが硬質被覆層
全体の靭性向上に付与する作用をもつが、その平均層厚
が３μｍ未満では、硬質被覆層に所望の靭性向上効果が
得られず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、特
に熱発生の著しい上記難削材の高速切削では切刃偏摩耗
の原因となる熱塑性変形を起し易くなることから、その
平均層厚を３〜１５μｍと定めた。
【０００８】（ｃ）ＴｉＣＮ層 第３層のＴｉＣＮ層は、相対的に上記のＴｉＮ層に比し
て高い硬さをもち、かつｌ−ＴｉＣＮ層に比して高い強
度をもつので、耐摩耗性の一段の向上を目的として存在
させるが、その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の
耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層厚が８ｍ
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０．５〜８ｍと定めた。
て高い硬さをもち、かつｌ−ＴｉＣＮ層に比して高い強
度をもつので、耐摩耗性の一段の向上を目的として存在
させるが、その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の
耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層厚が８ｍ
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０．５〜８ｍと定めた。
【０００９】（ｄ）（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層 第４層の（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層は、上記の通り構成成
分の層厚に沿った濃度変化によって第３層のＴｉＣＮ層
および第５層のＡｌ2 Ｏ3 層のいずれとも強固に密着
し、層間密着性向上に寄与する作用があるが、その平均
層厚が０．３μｍ未満では、所望のすぐれた密着性を確
保することができず、一方その平均層厚が３μｍを越え
ると、硬質被覆層に脆化傾向が現われるようになって、
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０．３〜３μｍと定めた。
分の層厚に沿った濃度変化によって第３層のＴｉＣＮ層
および第５層のＡｌ2 Ｏ3 層のいずれとも強固に密着
し、層間密着性向上に寄与する作用があるが、その平均
層厚が０．３μｍ未満では、所望のすぐれた密着性を確
保することができず、一方その平均層厚が３μｍを越え
ると、硬質被覆層に脆化傾向が現われるようになって、
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０．３〜３μｍと定めた。
【００１０】（ｄ）Ａｌ2 Ｏ3 層 第５層の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１μｍ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８μｍ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１〜８μｍ
と定めた。
上させる作用があるが、その平均層厚が１μｍ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８μｍ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１〜８μｍ
と定めた。
【００１１】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬切削
チップ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（質
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０
／５６）粉末、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（Ｔａ
Ｃ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．２μｍのＺｒＣ
粉末、同１．０μｍのＣｒ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ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４
０８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。
チップ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（質
量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０
／５６）粉末、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（Ｔａ
Ｃ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同１．２μｍのＺｒＣ
粉末、同１．０μｍのＣｒ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ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４
０８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。
【００１２】さらに、上記超硬基体Ｅに対して、６．７
ｋＰａ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８μｍの位置で最大Ｃ
ｏ含有量：１４．２質量％、深さ：３２μｍ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１８μｍ
の位置で最大Ｃｏ含有量：９．３質量％、深さ：２２μ
ｍのＣｏ富化帯域、上記超硬基体Ｄには表面部に表面か
ら２０μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１３．５質量％、
深さ：２７μｍ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。
ｋＰａ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８μｍの位置で最大Ｃ
ｏ含有量：１４．２質量％、深さ：３２μｍ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１８μｍ
の位置で最大Ｃｏ含有量：９．３質量％、深さ：２２μ
ｍのＣｏ富化帯域、上記超硬基体Ｄには表面部に表面か
ら２０μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１３．５質量％、
深さ：２７μｍ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。
【００１３】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２〜４に示される
条件にて、表３〜６に示される目標層厚（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
硬切削チップ１〜１０および従来被覆超硬切削チップ１
〜１０をそれぞれ製造した。
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２〜４に示される
条件にて、表３〜６に示される目標層厚（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
硬切削チップ１〜１０および従来被覆超硬切削チップ１
〜１０をそれぞれ製造した。
【００１４】なお、この結果得られた各種の被覆超硬切
削チップについて、硬質被覆層の構成層の層厚を走査型
電子顕微鏡および光学顕微鏡を用いて測定（層の縦断面
を測定）したところ、いずれも表３〜６に示される目標
層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示
し、また本発明被覆超硬切削チップ１〜１０の硬質被覆
層の構成層である（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層の層厚に沿っ
た組成について、表３、４に示される層厚の変化点間の
中間位置をオージェ電子分光分析装置を用いて観察した
ところ、同じく表３、４に示される目標組成と実質的に
同じ組成を示し、これらの結果から層厚に沿って構成成
分であるＴｉ、Ｃ、およびＮ成分はいずれも下側界面か
ら上側界面に向って、漸次断続的に減少し、また同Ａｌ
およびＯ成分はいずれもこれとは反対に漸次断続的に増
加する成分濃度変化を示すことが確認された。
削チップについて、硬質被覆層の構成層の層厚を走査型
電子顕微鏡および光学顕微鏡を用いて測定（層の縦断面
を測定）したところ、いずれも表３〜６に示される目標
層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示
し、また本発明被覆超硬切削チップ１〜１０の硬質被覆
層の構成層である（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層の層厚に沿っ
た組成について、表３、４に示される層厚の変化点間の
中間位置をオージェ電子分光分析装置を用いて観察した
ところ、同じく表３、４に示される目標組成と実質的に
同じ組成を示し、これらの結果から層厚に沿って構成成
分であるＴｉ、Ｃ、およびＮ成分はいずれも下側界面か
ら上側界面に向って、漸次断続的に減少し、また同Ａｌ
およびＯ成分はいずれもこれとは反対に漸次断続的に増
加する成分濃度変化を示すことが確認された。
【００１５】つぎに、上記本発明被覆超硬切削チップ１
〜１０および従来被覆超硬切削チップ１〜１０につい
て、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速連続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での軟鋼の乾式高速連続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続切削試験をそれぞれ行
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７に示した。
〜１０および従来被覆超硬切削チップ１〜１０につい
て、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速連続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続切削試験、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での軟鋼の乾式高速連続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、 切削時間：１０分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続切削試験をそれぞれ行
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７に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】
【表５】
【００２１】
【表６】
【００２２】
【表７】
【００２３】
【発明の効果】表５〜７に示される結果から、硬質被覆
層の第４層が（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層で構成された本発
明被覆超硬切削チップ１〜１０は、いずれも前記（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層が第３層のＴｉＣＮ層および第５層
のＡｌ2 Ｏ3層のいずれにも強固に密着し、かつ第１層
のＴｉＮ層と超硬基体間およびいずれもＴｉ化合物から
なる第１〜３層間に高い密着性が確保されることと相俟
って、硬質被覆層が全体的にすぐれた層間密着性を具備
するようになることから、切刃への切削抵抗が著しく高
いステンレス鋼や軟鋼などの難削材の切削を高速で行っ
ても、硬質被覆層の層間剥離が原因の欠けやチッピング
の発生がなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮す
るのに対して、同第４層がＴｉＣＯ層および／またはＴ
ｉＣＮＯ層からなる従来被覆超硬切削チップ１〜１０に
おいては、いずれも前記ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層
の第３層のＴｉＣＮ層および第５層のＡｌ2 Ｏ3層に対
する密着性が十分でないために、かかる層間で剥離が生
じ、これが原因で切刃に欠けや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切削チップは、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、特に切刃への切削抵抗が高いステンレス鋼や軟
鋼などの難削材の切削を高速切削条件で行った場合にも
もすぐれた切削性能を長期に亘って発揮するものであ
る。
層の第４層が（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層で構成された本発
明被覆超硬切削チップ１〜１０は、いずれも前記（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層が第３層のＴｉＣＮ層および第５層
のＡｌ2 Ｏ3層のいずれにも強固に密着し、かつ第１層
のＴｉＮ層と超硬基体間およびいずれもＴｉ化合物から
なる第１〜３層間に高い密着性が確保されることと相俟
って、硬質被覆層が全体的にすぐれた層間密着性を具備
するようになることから、切刃への切削抵抗が著しく高
いステンレス鋼や軟鋼などの難削材の切削を高速で行っ
ても、硬質被覆層の層間剥離が原因の欠けやチッピング
の発生がなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮す
るのに対して、同第４層がＴｉＣＯ層および／またはＴ
ｉＣＮＯ層からなる従来被覆超硬切削チップ１〜１０に
おいては、いずれも前記ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層
の第３層のＴｉＣＮ層および第５層のＡｌ2 Ｏ3層に対
する密着性が十分でないために、かかる層間で剥離が生
じ、これが原因で切刃に欠けや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切削チップは、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、特に切刃への切削抵抗が高いステンレス鋼や軟
鋼などの難削材の切削を高速切削条件で行った場合にも
もすぐれた切削性能を長期に亘って発揮するものであ
る。
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）基体側から第１層として、０．１〜２μｍの平均
層厚および粒状結晶組織を有する窒化チタン層、 （ｂ）同第２層として、３〜１５μｍ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、 （ｃ）同第３層として、０．５〜８μｍの平均層厚およ
び粒状結晶組織を有する炭窒化チタン層、 （ｄ）同第４層として、０．３〜３μｍの平均層厚およ
び粒状結晶組織を有すると共に、上記第３層の炭窒化チ
タン層との下側界面から以下に示す第５層の酸化アルミ
ニウム層との上側界面に向って、かつ層厚に沿って、構
成成分であるＴｉ、炭素、および窒素が連続的および／
または断続的に漸次減少し、同じく構成成分であるＡｌ
および酸素は連続的および／または断続的に漸次増加す
る成分濃度分布を有するＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物
層、 （ｄ）同第５層として、１〜８μｍ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層、で構成された
硬質被覆層を化学蒸着および／または物理蒸着してな
る、硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆
炭化タングステン基超硬合金製スローアウエイ切削チッ
プ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000147973A JP2001328005A (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製スローアウエイ切削チップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000147973A JP2001328005A (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製スローアウエイ切削チップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001328005A true JP2001328005A (ja) | 2001-11-27 |
Family
ID=18654077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000147973A Pending JP2001328005A (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 硬質被覆層がすぐれた層間密着性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製スローアウエイ切削チップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001328005A (ja) |
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
| JP2004074324A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 酸化アルミニウム被覆工具 |
| JP2004195564A (ja) * | 2002-12-16 | 2004-07-15 | Kyocera Corp | 表面被覆切削工具およびスローアウェイチップ |
| JP2004306166A (ja) * | 2003-04-03 | 2004-11-04 | Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp | 高速切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具およびその製造方法 |
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2000
- 2000-05-19 JP JP2000147973A patent/JP2001328005A/ja active Pending
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