JP2002273605A - 高速重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 - Google Patents
高速重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Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速重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を提
供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製切削工具が、炭化タ
ングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメ
ット基体の表面に、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎ（ただ
し、原子比で、Ｘは０．２５〜０．７５を示す）を有す
るＴｉとＡｌの複合窒化物からなる素地に、窒化ジルコ
ニウム相が、オージェ分光分析装置による面分析で５〜
４０面積％の割合で分散分布した組織を有する硬質被覆
層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる。
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】 表面被覆超硬合金製切削工具が、炭化タ
ングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメ
ット基体の表面に、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎ（ただ
し、原子比で、Ｘは０．２５〜０．７５を示す）を有す
るＴｉとＡｌの複合窒化物からなる素地に、窒化ジルコ
ニウム相が、オージェ分光分析装置による面分析で５〜
４０面積％の割合で分散分布した組織を有する硬質被覆
層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に鋼や鋳鉄な
どの切削加工を、高送りや高切込みなどの重切削条件
で、かつ高速で行った場合に、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。
どの切削加工を、高送りや高切込みなどの重切削条件
で、かつ高速で行った場合に、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】一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄
などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部
に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチッ
プ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリ
ルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や
溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエン
ドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着
脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと
同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具な
どが知られている。
などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部
に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチッ
プ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリ
ルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や
溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエン
ドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着
脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと
同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具な
どが知られている。
【０００３】また、一般に、例えば図１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、基本的に、ヒータで装置内を、例
えば雰囲気を１．３×１０-3Ｐａ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：１００Ａ
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、一方炭化タングステン基超
硬合金からなる基体（以下、超硬基体と云う）には、例
えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記
超硬基体の表面に、例えば特開昭６２−５６５６５号公
報に記載されるように、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の平均層厚で蒸着することにより被
覆超硬工具を製造することが知られている。
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、基本的に、ヒータで装置内を、例
えば雰囲気を１．３×１０-3Ｐａ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：１００Ａ
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、一方炭化タングステン基超
硬合金からなる基体（以下、超硬基体と云う）には、例
えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記
超硬基体の表面に、例えば特開昭６２−５６５６５号公
報に記載されるように、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の平均層厚で蒸着することにより被
覆超硬工具を製造することが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年の切削加工装置の
高性能化はめざましく、一方で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、高送りや高切込みなどの重切削条
件で、かつ高速で行なわれる傾向にあるが、上記の従来
被覆超硬工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の
条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これ
を特にきわめて高い機械的衝撃および熱的衝撃を伴なう
高送りや高切込みなどの重切削条件での高速切削加工に
用いた場合には、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。
高性能化はめざましく、一方で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、高送りや高切込みなどの重切削条
件で、かつ高速で行なわれる傾向にあるが、上記の従来
被覆超硬工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の
条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これ
を特にきわめて高い機械的衝撃および熱的衝撃を伴なう
高送りや高切込みなどの重切削条件での高速切削加工に
用いた場合には、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。
【０００５】
【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、特に鋼や鋳鉄などの高速重切削
加工に用いた場合にも、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を開発すべく研究を行っ
た結果、 （ａ）例えば原料粉末として、Ｔｉ粉末およびＡｌ粉
末、さらに窒化ジルコニウム（以下、ＺｒＮで示す）粉
末を用い、これら原料粉末を所定の配合割合に配合し、
混合した後、例えばＨＩＰ処理を施して、所定の組成を
もった焼結体を形成し、この焼結体をカソード電極（蒸
発源）として用いて、例えば物理蒸着装置であるアーク
イオンプレーティング装置にて、反応ガスとして窒素ガ
スを導入して、上記超硬基体表面に硬質被覆層を形成す
ると、形成された硬質被覆層は、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの素
地にＺｒＮ相が分散分布した組織をもつものとなるこ
と。 （ｂ）上記（ａ）で得られた被覆超硬工具の硬質被覆層
の素地を、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎで表わした場
合、原子比で、Ｘ：０．２５〜０．７５を満足する組成
に特定した上で、かつ前記素地に分散分布するＺｒＮ相
の割合をオージェ分光分析装置による面分析で５〜４０
面積％とすると、この結果の硬質被覆層においては、前
記素地によってすぐれた耐熱性と高温硬さが確保され、
さらに前記素地に比してきわめて重質で、かつ相対的に
軟質（マイクロビッカ―ス硬さ：１６７０）の前記Ｚｒ
Ｎ相が特に高速重切削時に発生する機械的および熱的衝
撃を良く吸収し、これを著しく緩和する作用を発揮する
ことから、この硬質被覆層を形成した被覆超硬工具は、
高速重切削加工においても硬質被覆層にチッピングの発
生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するよう
になること。以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結
果を得たのである。
上述のような観点から、特に鋼や鋳鉄などの高速重切削
加工に用いた場合にも、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を開発すべく研究を行っ
た結果、 （ａ）例えば原料粉末として、Ｔｉ粉末およびＡｌ粉
末、さらに窒化ジルコニウム（以下、ＺｒＮで示す）粉
末を用い、これら原料粉末を所定の配合割合に配合し、
混合した後、例えばＨＩＰ処理を施して、所定の組成を
もった焼結体を形成し、この焼結体をカソード電極（蒸
発源）として用いて、例えば物理蒸着装置であるアーク
イオンプレーティング装置にて、反応ガスとして窒素ガ
スを導入して、上記超硬基体表面に硬質被覆層を形成す
ると、形成された硬質被覆層は、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの素
地にＺｒＮ相が分散分布した組織をもつものとなるこ
と。 （ｂ）上記（ａ）で得られた被覆超硬工具の硬質被覆層
の素地を、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎで表わした場
合、原子比で、Ｘ：０．２５〜０．７５を満足する組成
に特定した上で、かつ前記素地に分散分布するＺｒＮ相
の割合をオージェ分光分析装置による面分析で５〜４０
面積％とすると、この結果の硬質被覆層においては、前
記素地によってすぐれた耐熱性と高温硬さが確保され、
さらに前記素地に比してきわめて重質で、かつ相対的に
軟質（マイクロビッカ―ス硬さ：１６７０）の前記Ｚｒ
Ｎ相が特に高速重切削時に発生する機械的および熱的衝
撃を良く吸収し、これを著しく緩和する作用を発揮する
ことから、この硬質被覆層を形成した被覆超硬工具は、
高速重切削加工においても硬質被覆層にチッピングの発
生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するよう
になること。以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結
果を得たのである。
【０００６】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、組成式：（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２５〜
０．７５）を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎからなる素地に、
ＺｒＮ相が、オージェ分光分析装置による面分析で５〜
４０面積％の割合で分散分布した組織を有する硬質被覆
層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる、
高速重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、組成式：（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．２５〜
０．７５）を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎからなる素地に、
ＺｒＮ相が、オージェ分光分析装置による面分析で５〜
４０面積％の割合で分散分布した組織を有する硬質被覆
層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる、
高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性
を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【０００７】なお、この発明の被覆超硬工具において、
硬質被覆層の素地を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎにおける
ＡｌはＴｉＮに対して高温硬さおよび耐熱性を向上させ
るために固溶するものであり、したがって組成式：（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）ＮのＸ値が原子比で０．２５未満では所望
の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、一方
その値が同０．７５を越えると、ＴｉＮによってもたら
される靭性が急激に低下するようになり、チッピングが
発生し易くなるという理由で、Ｘ値を原子比で０．２５
〜０．７５、望ましくは０．４〜０．６と定めた。
硬質被覆層の素地を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎにおける
ＡｌはＴｉＮに対して高温硬さおよび耐熱性を向上させ
るために固溶するものであり、したがって組成式：（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）ＮのＸ値が原子比で０．２５未満では所望
の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、一方
その値が同０．７５を越えると、ＴｉＮによってもたら
される靭性が急激に低下するようになり、チッピングが
発生し易くなるという理由で、Ｘ値を原子比で０．２５
〜０．７５、望ましくは０．４〜０．６と定めた。
【０００８】また、硬質被覆層の素地に分散分布するＺ
ｒＮ相は、上記の通り上記素地に比してきわめて重質
で、かつ相対的に低い硬さを有することから、高い機械
的衝撃と熱的衝撃を伴なう高速重切削でも、これらの衝
撃を良く吸収して、緩和し、もって硬質被覆層の耐チッ
ピング性を向上させる作用をもつが、硬質被覆層におけ
るＺｒＮ相の割合が、オージェ分光分析装置による面分
析で５面積％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方同割合が４０面積％を超えると素地の割合が相
対的に低くなりすぎ、素地によってもたらされる高温硬
さおよび耐熱性が急激に低下し、摩耗進行が促進するよ
うになることから、ＺｒＮ相の硬質被覆層における割合
を５〜４０面積％、望ましくは１０〜３０面積％と定め
た。
ｒＮ相は、上記の通り上記素地に比してきわめて重質
で、かつ相対的に低い硬さを有することから、高い機械
的衝撃と熱的衝撃を伴なう高速重切削でも、これらの衝
撃を良く吸収して、緩和し、もって硬質被覆層の耐チッ
ピング性を向上させる作用をもつが、硬質被覆層におけ
るＺｒＮ相の割合が、オージェ分光分析装置による面分
析で５面積％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方同割合が４０面積％を超えると素地の割合が相
対的に低くなりすぎ、素地によってもたらされる高温硬
さおよび耐熱性が急激に低下し、摩耗進行が促進するよ
うになることから、ＺｒＮ相の硬質被覆層における割合
を５〜４０面積％、望ましくは１０〜３０面積％と定め
た。
【０００９】さらに、硬質被覆層の平均層厚を０．５〜
１０μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍでは所望の
すぐれた耐摩耗性を長期に亘って確保することができ
ず、一方その層厚が１０μｍを越えると、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。
１０μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍでは所望の
すぐれた耐摩耗性を長期に亘って確保することができ
ず、一方その層厚が１０μｍを越えると、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。
【００１０】
【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。 （実施例１）原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平
均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｖ
Ｃ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、Ｔ
ｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、および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、１００ＭＰ
ａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐ
ａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼
結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０５のホーニング加
工を施してＩＳＯ規格・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＴＮの形
状をもったＷＣ基超硬合金製のチップ超硬基体Ａ〜Ｊを
形成した。
を実施例により具体的に説明する。 （実施例１）原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平
均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｖ
Ｃ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、Ｔ
ｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、および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、１００ＭＰ
ａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐ
ａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼
結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０５のホーニング加
工を施してＩＳＯ規格・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＴＮの形
状をもったＷＣ基超硬合金製のチップ超硬基体Ａ〜Ｊを
形成した。
【００１１】さらに、原料粉末として、平均粒径：３μ
ｍのＴｉ粉末および同２μｍのＡｌ粉末、さらに同０．
５μｍのＺｒＮ粉末を用い、これら原料粉末を所定の配
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、圧力：１００ＭＰａ、 温度：５００〜６０
０℃の範囲内の所定の温度、保持時間：２時間の条件で
ＨＩＰ処理を施して、Ｔｉ、Ａｌ、およびＺｒＮの含有
割合を所定の含有割合とした種々のカソード電極用焼結
体（本発明硬質被覆層形成用）を製造した。また、別途
従来硬質被覆層形成用カソード電極として、ＴｉとＡｌ
の含有割合が異なる各種のＴｉ−Ａｌ合金も用意した。
ｍのＴｉ粉末および同２μｍのＡｌ粉末、さらに同０．
５μｍのＺｒＮ粉末を用い、これら原料粉末を所定の配
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、圧力：１００ＭＰａ、 温度：５００〜６０
０℃の範囲内の所定の温度、保持時間：２時間の条件で
ＨＩＰ処理を施して、Ｔｉ、Ａｌ、およびＺｒＮの含有
割合を所定の含有割合とした種々のカソード電極用焼結
体（本発明硬質被覆層形成用）を製造した。また、別途
従来硬質被覆層形成用カソード電極として、ＴｉとＡｌ
の含有割合が異なる各種のＴｉ−Ａｌ合金も用意した。
【００１２】ついで、これらチップ超硬基体Ａ〜Ｊを、
アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ
図１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）用の焼結体ま
たはＴｉ−Ａｌ合金を装着し、装置内を排気して１．３
×１０-3Ｐａ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
２．５Ｐａ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、ついで装置内を２．５Ｐａの窒
素ガス（反応ガス）の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−１００ｖ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〜Ｊのそれぞれの表面に、
表３、４に示される目標組成および目標層厚の硬質被覆
層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての
本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以
下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１２、および従
来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スロー
アウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１
〜１２をそれぞれ製造した。
アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ
図１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）用の焼結体ま
たはＴｉ−Ａｌ合金を装着し、装置内を排気して１．３
×１０-3Ｐａ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
２．５Ｐａ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、ついで装置内を２．５Ｐａの窒
素ガス（反応ガス）の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−１００ｖ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〜Ｊのそれぞれの表面に、
表３、４に示される目標組成および目標層厚の硬質被覆
層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての
本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以
下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１２、および従
来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スロー
アウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１
〜１２をそれぞれ製造した。
【００１３】なお、この結果得られた本発明被覆超硬チ
ップ１〜１２および従来被覆超硬チップ１〜１２の硬質
被覆層について、その厚さ断面中央部をオージェ分光分
析装置を用いて、素地のＸ値およびＺｒＮ相の分布割合
を測定したところ、それぞれ表２、３に示される素地の
目標Ｘ値およびＺｒＮ相の目標割合と実質的に同じ値を
示し、また、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、いずれも同じく表２、３に示される
目標層厚と実質的に同じ平均値（５点測定の平均値）を
示した。
ップ１〜１２および従来被覆超硬チップ１〜１２の硬質
被覆層について、その厚さ断面中央部をオージェ分光分
析装置を用いて、素地のＸ値およびＺｒＮ相の分布割合
を測定したところ、それぞれ表２、３に示される素地の
目標Ｘ値およびＺｒＮ相の目標割合と実質的に同じ値を
示し、また、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、いずれも同じく表２、３に示される
目標層厚と実質的に同じ平均値（５点測定の平均値）を
示した。
【００１４】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１
２および従来被覆超硬チップ１〜１２について、これを
工具鋼製の直径:１６０ｍｍのリング状工具本体の正面
に固定治具にてネジ止めした状態で、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／刃、 切削時間：３０分、の条件での合金鋼の乾式高速高切込
みフライス切削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．５ｍｍ／刃、 切削時間：３０分、 の条件での鋳鉄の乾式高速高送りフライス切削試験を行
い、いずれのフライス切削試験でも切刃部の逃げ面摩耗
幅を測定した。この測定結果を２,３に示した。
２および従来被覆超硬チップ１〜１２について、これを
工具鋼製の直径:１６０ｍｍのリング状工具本体の正面
に固定治具にてネジ止めした状態で、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／刃、 切削時間：３０分、の条件での合金鋼の乾式高速高切込
みフライス切削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．５ｍｍ／刃、 切削時間：３０分、 の条件での鋳鉄の乾式高速高送りフライス切削試験を行
い、いずれのフライス切削試験でも切刃部の逃げ面摩耗
幅を測定した。この測定結果を２,３に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】（実施例２）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１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍ
のＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μ
ｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、同１．８μｍのＣｏ粉末を
用意し、これら原料粉末をそれぞれ表４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２
４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰ
ａ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、この３種の丸棒焼
結体から、研削加工にて、表５に示される組み合わせ
で、切刃部の直径×長さが、それぞれ６ｍｍ×１３ｍ
ｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの
寸法をもった４枚刃スクエア形状のエンドミル超硬基体
ａ〜ｈをそれぞれ製造した。
５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微
粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍ
のＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μ
ｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、同１．８μｍのＣｏ粉末を
用意し、これら原料粉末をそれぞれ表４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２
４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰ
ａ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、この３種の丸棒焼
結体から、研削加工にて、表５に示される組み合わせ
で、切刃部の直径×長さが、それぞれ６ｍｍ×１３ｍ
ｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの
寸法をもった４枚刃スクエア形状のエンドミル超硬基体
ａ〜ｈをそれぞれ製造した。
【００２０】ついで、これらのエンドミル超硬基体ａ〜
ｈのそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した
状態で、同じく図１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、上記実施例１と同一の条件
で、表５、６に示される目標組成および目標層厚をもっ
た硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工
具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル（以
下、本発明被覆超硬エンドミルと云う）１〜１６および
従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製エン
ドミル（以下、従来被覆超硬エンドミルと云う）１〜８
をそれぞれ製造した。
ｈのそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した
状態で、同じく図１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、上記実施例１と同一の条件
で、表５、６に示される目標組成および目標層厚をもっ
た硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工
具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル（以
下、本発明被覆超硬エンドミルと云う）１〜１６および
従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製エン
ドミル（以下、従来被覆超硬エンドミルと云う）１〜８
をそれぞれ製造した。
【００２１】また、この結果得られた本発明被覆超硬エ
ンドミル１〜１６および従来被覆超硬エンドミル１〜８
の硬質被覆層について、その厚さ断面中央部をオージェ
分光分析装置を用いて、素地のＸ値およびＺｒＮ相の分
布割合を測定したところ、それぞれ表５、６に示される
素地の目標Ｘ値およびＺｒＮ相の目標割合と実質的に同
じ値を示し、また、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、いずれも同じく表５、６に示
される目標層厚と実質的に同じ平均値（５点測定の平均
値）を示した。
ンドミル１〜１６および従来被覆超硬エンドミル１〜８
の硬質被覆層について、その厚さ断面中央部をオージェ
分光分析装置を用いて、素地のＸ値およびＺｒＮ相の分
布割合を測定したところ、それぞれ表５、６に示される
素地の目標Ｘ値およびＺｒＮ相の目標割合と実質的に同
じ値を示し、また、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、いずれも同じく表５、６に示
される目標層厚と実質的に同じ平均値（５点測定の平均
値）を示した。
【００２２】つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１
〜１６および従来被覆超硬エンドミル１〜８のうち、本
発明被覆超硬エンドミル１〜６および従来被覆超硬エン
ドミル１〜３ついては、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 半径方向切込み：４ｍｍ、 軸方向切込み：３０ｍｍ、 テーブル送り：１２００ｍｍ／分、 形態：乾式（エアーブロー）、 の条件での合金鋼の高速高送り側面切削加工試験、本発
明被覆超硬エンドミル７〜１２および従来被覆超硬エン
ドミル４〜６については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 半径方向切込み：４ｍｍ、 軸方向切込み：１５ｍｍ、 テーブル送り：６００ｍｍ／分、 形態：乾式（エアーブロー）、 の条件でのステンレスの高速高切込み側面切削加工試
験、本発明被覆超硬エンドミル１３〜１６、および従来
被覆超硬エンドミル７〜８については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１の板材、 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．、 軸方向切込み：１０ｍｍ、 テーブル送り：１００ｍｍ／分、 形態：乾式（エアーブロー）、 の条件での高硬度鋼の高速高切込み側面切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの切削加工試験でも外周刃の逃
げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至る
までの切削長を測定した。この測定結果を表５、６にそ
れぞれ示した。
〜１６および従来被覆超硬エンドミル１〜８のうち、本
発明被覆超硬エンドミル１〜６および従来被覆超硬エン
ドミル１〜３ついては、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 半径方向切込み：４ｍｍ、 軸方向切込み：３０ｍｍ、 テーブル送り：１２００ｍｍ／分、 形態：乾式（エアーブロー）、 の条件での合金鋼の高速高送り側面切削加工試験、本発
明被覆超硬エンドミル７〜１２および従来被覆超硬エン
ドミル４〜６については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 半径方向切込み：４ｍｍ、 軸方向切込み：１５ｍｍ、 テーブル送り：６００ｍｍ／分、 形態：乾式（エアーブロー）、 の条件でのステンレスの高速高切込み側面切削加工試
験、本発明被覆超硬エンドミル１３〜１６、および従来
被覆超硬エンドミル７〜８については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１の板材、 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．、 軸方向切込み：１０ｍｍ、 テーブル送り：１００ｍｍ／分、 形態：乾式（エアーブロー）、 の条件での高硬度鋼の高速高切込み側面切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの切削加工試験でも外周刃の逃
げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至る
までの切削長を測定した。この測定結果を表５、６にそ
れぞれ示した。
【００２３】
【表５】
【００２４】
【表６】
【００２５】
【表７】
【００２６】（実施例３）上記の実施例２で製造した直
径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬
基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ
形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼
結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれ
ぞれ１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体ａ’〜ｃ’）、８ｍ
ｍ×２２ｍｍ（超硬基体ｄ’〜ｆ’）、および４ｍｍ×
１３ｍｍ（超硬基体ｇ’、ｈ’）の寸法をもったドリル
超硬基体ａ’〜ｈ’をそれぞれ製造した。
径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬
基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ
形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼
結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれ
ぞれ１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体ａ’〜ｃ’）、８ｍ
ｍ×２２ｍｍ（超硬基体ｄ’〜ｆ’）、および４ｍｍ×
１３ｍｍ（超硬基体ｇ’、ｈ’）の寸法をもったドリル
超硬基体ａ’〜ｈ’をそれぞれ製造した。
【００２７】ついで、これらのドリル超硬基体ａ’〜
ｈ’のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥し
た状態で、同じく図１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、上記実施例１と同一の条
件で、表７、８に示される目標組成および目標層厚をも
った硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬
工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル（以下、
本発明被覆超硬ドリルと云う）１〜１６、および従来被
覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル（以
下、従来被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造
した。
ｈ’のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥し
た状態で、同じく図１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、上記実施例１と同一の条
件で、表７、８に示される目標組成および目標層厚をも
った硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬
工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル（以下、
本発明被覆超硬ドリルと云う）１〜１６、および従来被
覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル（以
下、従来被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造
した。
【００２８】さらに、この結果得られた本発明被覆超硬
ドリル１〜１６および従来被覆超硬ドリル１〜８の硬質
被覆層についても、その厚さ断面中央部をオージェ分光
分析装置を用いて、素地のＸ値およびＺｒＮ相の分布割
合を測定したところ、それぞれ表７、８に示される素地
の目標Ｘ値およびＺｒＮ相の目標割合と実質的に同じ値
を示し、また、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、いずれも同じく表７、８に示され
る目標割合および目標層厚と実質的に同じ平均値（５点
測定の平均値）を示した。
ドリル１〜１６および従来被覆超硬ドリル１〜８の硬質
被覆層についても、その厚さ断面中央部をオージェ分光
分析装置を用いて、素地のＸ値およびＺｒＮ相の分布割
合を測定したところ、それぞれ表７、８に示される素地
の目標Ｘ値およびＺｒＮ相の目標割合と実質的に同じ値
を示し、また、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、いずれも同じく表７、８に示され
る目標割合および目標層厚と実質的に同じ平均値（５点
測定の平均値）を示した。
【００２９】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜１
６および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆
超硬ドリル１〜６および従来被覆超硬ドリル１〜３につ
いては、 被削材：厚さ：８ｍｍのＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での鋳鉄の湿式高速高送り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７〜１２
よび従来被覆超硬ドリル４〜６については、 被削材：厚さ：１６ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板
材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金鋼の湿式高速高送り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１３〜１
６および従来被覆超硬ドリル７、８については、 被削材：厚さ：３２ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での炭素鋼の湿式高速高送り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
高速高送り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７、８にそれぞれ示した。
６および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆
超硬ドリル１〜６および従来被覆超硬ドリル１〜３につ
いては、 被削材：厚さ：８ｍｍのＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での鋳鉄の湿式高速高送り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７〜１２
よび従来被覆超硬ドリル４〜６については、 被削材：厚さ：１６ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板
材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金鋼の湿式高速高送り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１３〜１
６および従来被覆超硬ドリル７、８については、 被削材：厚さ：３２ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での炭素鋼の湿式高速高送り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
高速高送り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７、８にそれぞれ示した。
【００３０】
【表８】
【００３１】
【発明の効果】表２〜８に示される結果から、（Ｔｉ，
Ａｌ）Ｎの素地に、きわめて重質で、かつ相対的に軟質
のＺｒＮ相が分散分布した組織を有する硬質被覆層を形
成してなる本発明被覆超硬工具は、いずれも鋼の切削加
工を高い機械的および熱的衝撃を伴う高速重切削条件で
行っても、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれ
た耐摩耗性を示すのに対して、硬質被覆層が（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎだけで構成された従来被覆超硬工具においては、
高速重切削加工では硬質被覆層にチッピングの発生は避
けられず、この結果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、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は
勿論のこと、特に高送りや高切込みなどの重切削条件
で、かつ高速で切削加工を行なって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から、切削加工装置
の高性能化、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。
Ａｌ）Ｎの素地に、きわめて重質で、かつ相対的に軟質
のＺｒＮ相が分散分布した組織を有する硬質被覆層を形
成してなる本発明被覆超硬工具は、いずれも鋼の切削加
工を高い機械的および熱的衝撃を伴う高速重切削条件で
行っても、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれ
た耐摩耗性を示すのに対して、硬質被覆層が（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎだけで構成された従来被覆超硬工具においては、
高速重切削加工では硬質被覆層にチッピングの発生は避
けられず、この結果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、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は
勿論のこと、特に高送りや高切込みなどの重切削条件
で、かつ高速で切削加工を行なって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から、切削加工装置
の高性能化、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。
【図１】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
である。
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、組成式：（Ｔｉ 1-XＡｌX）Ｎ（ただし、原子比で、
Ｘは０．２５〜０．７５を示す）を有するＴｉとＡｌの
複合窒化物からなる素地に、窒化ジルコニウム相が、オ
ージェ分光分析装置による面分析で５〜４０面積％の割
合で分散分布した組織を有する硬質被覆層を０．５〜１
０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる高速重切削加工で
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001075657A JP2002273605A (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 高速重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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001075657A JP2002273605A (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 高速重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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002273605A true JP2002273605A (ja) | 2002-09-25 |
Family
ID=18932700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001075657A Withdrawn JP2002273605A (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 高速重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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002273605A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101775585A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-07-14 | 厦门大学 | 一种高硬度氮化锆硬质涂层的制备方法 |
| RU2747054C1 (ru) * | 2020-09-12 | 2021-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" (ООО "Вириал") | Многослойная твердосплавная пластина и способы ее получения (варианты) |
-
2001
- 2001-03-16 JP JP2001075657A patent/JP2002273605A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101775585A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-07-14 | 厦门大学 | 一种高硬度氮化锆硬质涂层的制备方法 |
| RU2747054C1 (ru) * | 2020-09-12 | 2021-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" (ООО "Вириал") | Многослойная твердосплавная пластина и способы ее получения (варианты) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |