JP2002187008A - 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリル - Google Patents
高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリルInfo
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Abstract
超硬ドリルを提供する。 【解決手段】 被覆超硬ドリルが、質量%で、Co:5
〜15%、Cr3C2:0.1〜2%、必要に応じてTi
C、NbC、TaC、(Nb,Ta)C、および(T
i,W)Cのうちの1種又は2種以上:5〜25%、W
C:残り、からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で
構成された超硬基体の表面に、(a)内側層として、
0.5〜10μmの平均層厚を有し、かつ物理蒸着法で
形成された、組成式:(Ti1-XAlX)N(ただし、原
子比で、Xは0.2〜0.6を示す)を有する(Ti,
Al)N層、(b)外側層として、0.1〜5μmの平
均層厚を有し、かつ中温化学蒸着法で形成された、κ型
Al2O3層、以上(a)および(b)で構成された硬質
被覆層を形成してなる。
Description
ン基超硬合金基体(以下、超硬基体という)がすぐれた
高温強度を有すると共に、硬質被覆層がすぐれた高温強
度と高温硬さを有し、したがって高熱発生を伴なう鋼な
どの高速切削加工に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性を
発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリル(以下、被覆超
硬ドリルという)に関するものである。
穴あけ切削加工などに、例えば図1(a)に概略正面図
で、同(b)に溝形成部の概略横断面図で示される形状
を有するドリルや、さらにミニチュアドリルなどとして
各種の被覆超硬ドリルが用いられており、また前記被覆
超硬ドリルとして、超硬基体の表面に、TiとAlの複
合窒化物[以下、(Ti,Al)Nで示す]で構成され
た硬質被覆層を0.5〜10μmの平均層厚で形成して
なる被覆超硬ドリルが知られている。
層である(Ti,Al)N層が、例えば図2に概略説明
図で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプ
レーティング装置を用い、ヒータで装置内を、例えば雰
囲気を3Paの真空として、500℃の温度に加熱した
状態で、アノード電極と所定組成を有するTi−Al合
金がセットされたカソード電極(蒸発源)との間に、例
えば電圧:35V、電流:90Aの条件でアーク放電を
発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導
入し、一方超硬基体には、例えばー200Vのバイアス
電圧を印加する条件で形成されることも良く知られると
ころである。
削加工など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
は切削機械の高性能化とも相俟って高速化の傾向にある
が、従来提案されている各種の被覆超硬ドリルにおいて
は、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での穴あけ切削加
工に用いた場合には問題はないが、これを高速切削条件
で用いると、穴あけ切削加工時に発生する高熱によっ
て、特に切刃面を含む先端部および溝形成部の薄肉部に
偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生するようになるば
かりでなく、前記薄肉部の高温硬さの著しい低下とも相
俟って切刃面の摩耗進行が促進し、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。
上述のような観点から、すぐれた高温強度および高温硬
さを具備した被覆超硬ドリルを開発すべく研究を行った
結果、 (a)原料粉末として、炭化タングステン(以下、WC
で示す)粉末、炭化クロム(以下、Cr3C2で示す)粉
末、およびCo粉末を用いて、配合組成を、質量%で
(以下、%は質量%を示す)、Co:5〜15%、Cr
3C2:0.1〜2%、WC:残り、としてなる圧粉体の
焼結体においては、これを構成する結合相が、焼結時に
Co中にCr3C2が固溶し、さらにCr3C2の固溶によ
って硬質相を形成するWCの一部の固溶も促進されるこ
とから、Co−Cr−W系合金で構成されるようにな
り、このCo−Cr−W系合金はすぐれた高温強度をも
つことから、焼結体の高温強度が向上するようになるこ
と。
体)とし、これの表面に硬質被覆層として物理蒸着法を
用いて形成した、組成式:(Ti1-XAlX)N(ただ
し、Xは、原子比で0.2〜0.6)を有する(Ti,
Al)N層はすぐれた高温強度をもつこと。
は、上記の通りすぐれた高温強度をもつものの、高速穴
あけ切削加工時の高温下で十分な高温硬さを維持するも
のではないが、これを内側層とし、この内側層の上に外
側層として、反応ガス雰囲気温度を750〜850℃と
した中温化学蒸着法で結晶構造がκ型の酸化アルミニウ
ム(以下、Al2O3で示す)層を形成すると、このκ型
Al2O3層は高い高温硬さもつことから、前期内側層の
(Ti,Al)N層と前記外側層のκ型Al2O3層との
積層からなる硬質被覆層はすぐれた高温強度と高温硬さ
を具備するようになること。
の表面に上記(b)および(c)の硬質被覆層を蒸着形
成してなる被覆超硬ドリルは、前記超硬基体によってす
ぐれた耐熱塑性変形性を具備し、かつ前記(Ti,A
l)N層とκ型Al2O3層の積層からなる硬質被覆層に
よってすぐれた高温強度と高温硬さをもつようになるこ
とから、これを高熱発生を伴なう高速穴あけ切削加工に
用いても偏摩耗が著しく抑制され、長期に亘ってすぐれ
た耐摩耗性を発揮すること。
て、さらに原料粉末として、炭化チタン(以下、TiC
で示す)粉末、炭化ニオブ(以下、NbCで示す)粉末、
炭化タンタル(以下、TaCで示す)粉末、NbとTaの
複合炭化物[以下、(Nb,Ta)Cで示す]粉末、お
よびTiとWの複合炭化物[以下、(Ti,W)Cで示
す]粉末を用いて、配合組成を、Co:5〜15%、C
r3C2:0.1〜2%、TiC、NbC、TaC、(N
b,Ta)C、および(Ti,W)Cのうちの1種又は
2種以上:5〜25%、WC:残り、としてなる圧粉体
の焼結体は、硬質相として存在するようになる上記Ti
C、NbC、TaC、(Nb,Ta)C、および(T
i,W)Cの作用によって一段と高い高温硬さをもつよ
うになり、したがって、この焼結体で超硬基体を構成し
てなる被覆超硬ドリルは上記の硬質被覆層の作用とも相
俟って、高速穴あけ加工で一層の耐摩耗性向上が見込め
ること。以上(a)〜(e)に示される研究結果が得ら
れたのである。
されたものであって、Co:5〜15%、Cr3C2:
0.1〜2%、必要に応じてTiC、NbC、TaC、
(Nb,Ta)C、および(Ti,W)Cのうちの1種
又は2種以上:5〜25%、WC:残り、からなる配合
組成を有する圧粉体の焼結体で構成された超硬基体の表
面に、(a)内側層として、0.5〜10μmの平均層
厚を有し、かつ物理蒸着法で形成された、組成式:(T
i1-XAlX)N(ただし、原子比で、Xは0.2〜0.
6を示す)を有する(Ti,Al)N層と、(b)外側
層として、0.1〜5μmの平均層厚を有し、かつ中温
化学蒸着法で形成された、κ型Al2O3層、以上(a)
および(b)で構成された硬質被覆層を形成してなる、
高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬ドリル
に特徴を有するものである。
て、これを構成する超硬基体(焼結体)の配合組成、硬
質被覆層のうちの内側層のX値、さらに硬質被覆層の平
均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。 (1)超硬基体の配合組成 (a)Co Co成分には、焼結性を向上させ、かつ焼結体の常温強
度を向上させる作用があるが、その割合が5%未満で
は、前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その割
合が15%を越えると、焼結体の高温強度が急激に低下
し、切刃に塑性変形が発生し易くなり、この結果摩耗進
行促進の原因となる偏摩耗が切刃に発生するようになる
ことから、その割合を5〜15%と定めた。
るCo中に完全に固溶し、この固溶によってWCのCo
への固溶も促進して耐熱性のすぐれたCo−Cr−W系
合金からなる結合相を形成し、もって焼結体の高温強度
を向上させるほか、硬質相を形成するWCの粒成長を抑
制して焼結体の強度低下を防止する作用があるが、その
割合が0.1%未満では、前記作用に所望の向上効果が
得られず、一方その割合が2%を越えると、結合相の常
温強度が低下するようになることから、その割合を0.
1〜2%と定めた。
Ta)C、および(Ti,W)C これらの成分には、硬質相を形成して焼結体の高温硬さ
を向上させる作用があるので、必要に応じて配合される
が、その割合が5%未満では、所望の高温硬さ向上効果
が得られず、一方その割合が25%を越えると、焼結体
の高温強度が急激に低下するようになることから、その
割合を5〜25%と定めた。
Nに対して耐熱性を付与し、もってすぐれた高温強度を
具備するようにするために固溶するものであり、したが
って組成式:(Ti1-XAlX)NのX値が0.2未満で
は所望のすぐれた高温強度を確保することができず、一
方その値が0.6を越えると、具備せしめた高温強度に
低下傾向が現れるようになることから、X値を0.2〜
0.6と定めた。
の平均層厚を、0.5〜10μmとしたのは、その平均
層厚が0.5μm未満では、硬質被覆層に所望の高温強
度を付与することができず、この結果切刃にチッピング
(微小欠け)が発生し易くなり、一方その層厚が10μ
mを越えると、切刃における摩耗進行が局部的になり、
これが原因で切刃に欠けが発生し易くなるという理由か
らである。また、同じく外側層を構成するκ型Al2O3
層の平均層厚を0.1〜5μmとしたのは、その層厚が
0.1μm未満では硬質被覆層に所望の高温硬さを付与
することができないので、切刃の耐摩耗性に所望の向上
効果が得られず、一方その層厚が5μm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によ
るものである。
ル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:5.5μmを有する中粗粒WC粉末、同0.
8μmの微粒WC粉末、同2.3μmのCr3C2粉末、
同1.5μmのTiC粉末、同1.3μmのTaC粉
末、同1.2μmのNbC粉末、同1.0μmの(T
a,Nb)C[質量比で、TaC/NbC=50/5
0]粉末、同1.0μmの(Ti,W)C[質量比で、
TiC/WC=70/30]粉末、おとび同1.8μm
のCo粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表1に
示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてア
セトン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した
後、100MPaの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプ
レス成形し、これらの圧粉体を、6Paの真空雰囲気
中、7℃/分の昇温速度で1370〜1470℃の範囲
内の所定の温度に昇温し、この温度に1時間保持後、炉
冷の条件で焼結して、直径が8mm、13mm、および
26mmの3種の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、
さらに前記の3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表
1に示される組合せで、溝形成部の直径×長さがそれぞ
れ6mm×13mm、10mm×22mm、および20
mm×45mmの寸法をもった超硬基体a〜lをそれぞ
れ製造した。
ングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態
で、それぞれ図2に例示される通常のアークイオンプレ
ーティング装置に装入し、一方カソード電極(蒸発源)
として種々の成分組成をもったTi−Al合金を装着
し、装置内を排気して0.5Paの真空に保持しなが
ら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、Arガ
スを装置内に導入して10PaのAr雰囲気とし、この
状態で超硬基体に−800vのバイアス電圧を印加して
超硬基体表面をArガスボンバート洗浄し、ついで装置
内に反応ガスとして窒素ガスを導入して6Paの反応雰
囲気とすると共に、前記超硬基体に印加するバイアス電
圧を−200vに下げて、前記カソード電極とアノード
電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬基
体a〜lのそれぞれの表面に、表2に示される目標組成
(X値)および目標層厚の(Ti,Al)N層を硬質被
覆層の内側層として形成し、さらに前記内側層の表面
に、通常の化学蒸着装置を用い、反応ガス組成を、容量
%で、AlCl3:2%、CO2:3%、H2S:0.3
%、HCl:1%、H2:残り、からなる通常の反応ガ
ス組成とし、かつ反応雰囲気圧力も同じく通常の7KP
aとするが、反応雰囲気温度は通常の反応雰囲気温度で
ある1000〜1050℃に比して相対的に低い800
℃とした中温化学蒸着条件で、同じく表2に示される目
標層厚のκ型結晶構造のAl2O3層を硬質被覆層の外側
層として形成することにより、図1(a)に概略正面図
で、同(b)に溝形成部の概略横断面図で示される形状
を有する本発明被覆超硬ドリル1〜12をそれぞれ製造
した。
上記の中温化学蒸着条件でのκ型結晶構造のAl2O3層
の形成を行なわない以外は同一の条件で、硬質被覆層が
内側層の(Ti,Al)N層だけからなる比較被覆超硬
ドリル1〜12をそれぞれ製造した。
び比較被覆超硬ドリル1〜12の硬質被覆層について、
その構成層のそれぞれの厚さ方向中央部の組成をオージ
ェ分光分析装置を用いて測定すると共に、その厚さを、
走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれ
も目標組成および目標層厚と実質的に同じ値を示した。
2および比較被覆超硬ドリル1〜12のうち、本発明被
覆超硬ドリル1〜4および比較被覆超硬ドリル1〜4に
ついては、 被削材:100mm×250の平面寸法、50mmの厚
さを有するJIS・SCM440の板材、 回転速度:1000r.p.m.、 送り:0.25mm/rev、 の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験(水溶
性切削油使用)、本発明被覆超硬ドリル5〜8および比
較被覆超硬ドリル5〜8については、 被削材:100mm×250の平面寸法、50mmの厚
さを有するJIS・FC200の板材、 回転速度:7500r.p.m.、 送り:0.30mm/rev、 の条件での鋳鉄の湿式高速穴あけ切削加工試験(水溶性
切削油使用)、本発明被覆超硬ドリル9〜12および比
較被覆超硬ドリル9〜12については、 被削材:100mm×250の平面寸法、50mmの厚
さを有するJIS・SCM440の板材、 回転速度:3500r.p.m.、 送り:0.35mm/rev、 の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験(水溶
性切削油使用)、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴
あけ切削加工試験でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.
3mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定
結果を表2、3にそれぞれ示した。
覆超硬ドリル1〜12は、いずれもすぐれた高温強度お
よび高温硬さを有することから、鋼や鋳鉄の穴あけ切削
加工を高い発熱を伴う高速で行っても、切刃に偏摩耗の
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,Al)N層だけからなる、すなわち
中温化学蒸着条件でのκ型結晶構造のAl2O3層の形成
のない比較被覆超硬ドリル1〜12においては、高温硬
さ不足が原因で摩耗進行がきわめて速く、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ドリルは、各種の鋼や鋳鉄などの通
常の条件での穴あけ切削加工は勿論のこと、特に高速穴
あけ切削加工においてもすぐれた耐摩耗性を発揮するも
のであるから、穴あけ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。
は同溝形成部の概略横断面図である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 質量%で、 Co:5〜15%、 炭化クロム:0.1〜2%、 炭化タングステン:残り、 からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成された
炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、 (a)内側層として、0.5〜10μmの平均層厚を有
し、かつ物理蒸着法で形成された、組成式:(Ti1-X
AlX)N(ただし、原子比で、Xは0.2〜0.6を
示す)を有するTiとAlの複合窒化物層と、 (b)外側層として、0.1〜5μmの平均層厚を有
し、かつ中温化学蒸着法で形成された、κ型結晶構造の
酸化アルミニウム層、以上(a)および(b)で構成さ
れた硬質被覆層を形成してなる、高速切削ですぐれた耐
摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリル。 - 【請求項2】 質量%で、 Co:5〜15%、 炭化クロム:0.1〜2%、 炭化チタン、炭化ニオブ、炭化タンタル、NbとTaの
複合炭化物、およびTiとWの複合炭化物のうちの1種
又は2種以上:5〜25%、 炭化タングステン:残り、 からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成された
炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、 (a)内側層として、0.5〜10μmの平均層厚を有
し、かつ物理蒸着法で形成された、組成式:(Ti1-X
AlX)N(ただし、原子比で、Xは0.2〜0.6を
示す)を有するTiとAlの複合窒化物層と、 (b)外側層として、0.1〜5μmの平均層厚を有
し、かつ中温化学蒸着法で形成された、κ型結晶構造の
酸化アルミニウム層、以上(a)および(b)で構成さ
れた硬質被覆層を形成してなる、高速切削ですぐれた耐
摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリル。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000390038A JP2002187008A (ja) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリル |
DE10115390A DE10115390A1 (de) | 2000-12-22 | 2001-03-29 | Beschichtetes Schneidwerkzeug |
US09/820,838 US6565957B2 (en) | 2000-12-22 | 2001-03-30 | Coated cutting tool |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000390038A JP2002187008A (ja) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリル |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002187008A true JP2002187008A (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=18856477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000390038A Pending JP2002187008A (ja) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削ドリル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002187008A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
JP2009190091A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Kyocera Corp | 切削工具 |
GB2500443A (en) * | 2012-03-21 | 2013-09-25 | Zaklad Mekh Masz Bukpol Lagodzinski Sp J | Guide rail for deep drilling and method of manufacture |
-
2000
- 2000-12-22 JP JP2000390038A patent/JP2002187008A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
JP2009190091A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Kyocera Corp | 切削工具 |
GB2500443A (en) * | 2012-03-21 | 2013-09-25 | Zaklad Mekh Masz Bukpol Lagodzinski Sp J | Guide rail for deep drilling and method of manufacture |
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Legal Events
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060331 |
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Effective date: 20071102 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071108 |
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A521 | Written amendment |
Effective date: 20071122 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080605 |