JP2002283108A - 重切削条件で切刃部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

重切削条件で切刃部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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JP2002283108A
JP2002283108A JP2001086666A JP2001086666A JP2002283108A JP 2002283108 A JP2002283108 A JP 2002283108A JP 2001086666 A JP2001086666 A JP 2001086666A JP 2001086666 A JP2001086666 A JP 2001086666A JP 2002283108 A JP2002283108 A JP 2002283108A
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JP
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layer
cutting
thin layer
cemented carbide
hard coating
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Toshiaki Ueda
稔晃 植田
Takatoshi Oshika
高歳 大鹿
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重切削条件で切刃部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、個々の平均層厚が0.01〜0.1μmの第1薄層
と第2薄層の交互多重積層からなる硬質被覆層を0.8
〜10μmの全体平均層厚で蒸着形成してなり、さらに
上記第1薄層を窒化チタン層、上記第2薄層を結晶構造
がκ型の酸化アルミニウム層で構成すると共に、前記第
1薄層の硬質被覆層に占める割合を70〜95質量%と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に高切込みや
高送りなどの重切削条件で、切刃部にチッピング(微小
欠け)の発生なく、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(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(以
下、WCで示す)基超硬合金で構成された基体(以下、
超硬基体という)の表面に、(a)化学蒸着形成および
/または物理蒸着形成(以下、単に蒸着形成という)さ
れたTiの炭化物(以下、TiCで示す)層、窒化物
(以下、同じくTiNで示す)層、炭窒化物(以下、T
iCNで示す)層、炭酸化物(以下、TiCOで示す)
層、および炭窒酸化物(以下、TiCNOで示す)層の
うちの1層または2層以上の積層からなり、かつ0.5
〜10μmの平均層厚を有するるTi化合物層からなる
下部層、(b)0.3〜10μmの平均層厚を有し、か
つ結晶構造がα型および/またはκ型の蒸着形成された
酸化アルミニウム(以下、Al23で示す)層からなる
上部層、以上(a)の下部層と(b)の上部層で構成さ
れた硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆超硬工具が知ら
れており、この被覆超硬工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄
などの連続切削や断続切削に用いられていることも知ら
れている。
【0003】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Ti化合物層やAl23 層が粒状結
晶組織を有し、さらに例えば特開平6−8010号公報
や特開平7−328808号公報に記載されるように、
前記Ti化合物層を構成するTiCN層を、層自身の靭
性向上を目的として、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
して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られて
いる。
【0004】
【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、切削加工は切削機械の高性能化
とも相俟って高切込みや高送りなどの重切削条件で行な
われる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具の場合、
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、これを重切削条件での切削加工
に用いると、特に硬質被覆層を構成する上記上部層のA
23層がすぐれた高温強度と耐熱性を有するが、靭性
の劣るものであるために、切刃部にチッピングが発生し
易く、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。
【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、重切削条件での切削加工でもす
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、被覆超硬工具の硬質被覆層の構
成層をTiN層とκ型Al23層に特定した上で、これ
ら2層の交互多重積層とすると共に、これらの個々の層
厚を平均層厚で0.01〜0.1μmのきわめて薄い薄
層とし、さらに前記TiN層の硬質被覆層に占める割合
を70〜95質量%とした状態で、全体平均層厚を0.
8〜10μmとした硬質被覆層を構成すると、この硬質
被覆層は前記両薄層による薄膜化交互多重積層構造によ
ってそれぞれの薄層のもつ特性、すなわち高靭性を有す
るTiN層(以下、第1薄層という)によるすぐれた耐
チッピング性と、高温硬さ(高温強度)と耐熱性を有す
るκ型Al23層(以下、第2薄層という)によるすぐ
れた耐摩耗性靭性を具備するようになることから、この
結果の被覆超硬工具は、これを特に鋼や鋳鉄などの切削
加工を重切削条件で行なっても、切刃部にチッピングの
発生がなく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮する
ようになる、という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、個々の平均層
厚が0.01〜0.1μmの第1薄層と第2薄層の交互
多重積層からなる硬質被覆層を0.8〜10μmの全体
平均層厚で蒸着形成してなり、さらに上記第1薄層をT
iN層、上記第2薄層をκ型Al23層で構成すると共
に、前記第1薄層の硬質被覆層に占める割合を70〜9
5質量%としてなる、重切削条件で切刃部がすぐれた耐
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、
硬質被覆層の交互多重積層を構成する第1薄層および第
2薄層の個々の平均層厚をそれぞれ0.01〜0.1μ
mとしたのは、いずれの薄層においても、その平均層厚
が0.01μm未満になると、それぞれの薄層のもつ特
性、すなわち第1薄層によるすぐれた耐チッピング性
と、第2薄層によるすぐれた耐摩耗性を硬質被覆層に十
分に具備せしめることができず、一方その平均層厚がそ
れぞれ0.1μmを越えると、それぞれの薄層のもつ問
題点、すなわち第1薄層による耐摩耗性低下および第2
薄層による耐チッピング性低下が硬質被覆層に現われる
ようになるという理由によるものである。
【0008】また、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆
層の第1薄層を構成するTiN層の硬質被覆層に占める
割合を70〜95質量%としたのは、その割合が70質
量%未満では、第2薄層のκ型Al23層の割合が多く
なり過ぎて、重切削条件での切削加工では切刃部にチッ
ピングが発生し易くなり、一方その割合が95質量%を
越えると第2薄層のκ型Al23層の割合が少なくなり
過ぎて、耐摩耗性が急激に低下するようになる、という
理由からである。
【0009】さらに、硬質被覆層の全体平均層厚を0.
8〜10μmとしたのは、その層厚が0.8μm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
の層厚が10μmを越えると、切刃部に欠けやチッピン
グが発生し易くなるという理由によるものである。
【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。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、VC粉末、TaC粉末、NbC粉
末、Cr3 2 粉末、TiN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、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、98M
Paの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧
粉体を5Paの真空中、1370〜1470℃の範囲内
の所定の温度に1時間保持の条件で真空焼結し、焼結
後、切刃部にR:0.10mmのホーニング加工を施す
ことによりISO・CNMG190616に規定するス
ローアウエイチップ形状をもった超硬基体A〜Jをそれ
ぞれ製造した。
【0011】ついで、これらの超硬基体A〜J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、通
常の化学蒸着装置に装入し、第1薄層のTiN層の形成
条件を、通常の形成条件として知られている、反応ガス
組成−容量%で、TiCl4:6%、N2:35%、
2:残り、 反応雰囲気温度:880℃、 反応雰囲気圧力:27kPa、 とし、また、第2薄層のκ型Al23層の形成条件を、
同じく通常の形成条件として知られている、反応ガス組
成−容量%で、AlCl3:4%、CO2:3%、HC
l:2%、H 2S:0.3%、H2:残り、 反応雰囲気温度:880℃、 反応雰囲気圧力:7kPa、 とし、それぞれ表2に示される目標層厚の第1薄層と第
2薄層を交互に、かつ第1薄層と第2薄層の形成の間に
は30秒間のH2ガス導入による反応雰囲気の入れ替え
を行ないながら、同じく表2に示される積層数および全
体目標層厚の硬質被覆層を上記超硬基体A〜Jのそれぞ
れの表面に蒸着形成することにより本発明被覆超硬工具
1〜10をそれぞれ製造した。
【0012】また、比較の目的で、同じ化学蒸着装置に
て、通常の条件で、表3に示される組成および目標層厚
の硬質被覆層を上記超硬基体A〜Jの表面に蒸着形成す
ることにより従来被覆超硬工具1〜10をそれぞれ製造
した。
【0013】この結果得られた各種の被覆超硬工具につ
いて、これを構成する各種硬質被覆層の組成および層厚
を、オージェ分光分析装置、さらに走査型電子顕微鏡お
よび透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、表2、
3の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(任意5ヶ所測定の平均値との比較)を示し
た。
【0014】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、いずれも工
具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態
で、 被削材:JIS・SCM415の丸棒、 切削速度:180m/min、 切込み:7mm、 送り:0.45mm/rev、 切削時間:5分、 の条件での合金鋼の乾式高切込み連続切削試験、およ
び、 被削材:JIS・SCM415の長さ方向等間隔4本縦
溝入り丸棒、 切削速度:150m/min、 切り込み:4mm、 送り:0.7mm/rev、 切削時間:3分、 の条件での合金鋼の乾式高送り断続切削試験を行い、い
ずれの切削試験でも切刃部の逃げ面摩耗幅を測定した。
これらの試験結果を表4に示した。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】
【表4】
【0019】
【発明の効果】表2〜4に示される結果から、硬質被覆
層が第1薄層と第2薄層の交互多重積層からなる本発明
被覆超硬工具1〜10は、いずれも鋼の切削加工を重切
削条件で行っても、高靭性を有する第1薄薄とすぐれた
高温硬さと耐熱性を有する第2薄層の交互多重積層構造
によって硬質被覆層はすぐれた耐チッピング性をもち、
かつ耐摩耗性も具備するようになることから、切刃部に
チッピングの発生がなく、すぐれた耐摩耗性を発揮する
のに対して、従来被覆超硬工具1〜10においては、い
ずれも重切削条件での切削加工では特に上部層のκ型A
23層の靭性不足が原因で切刃部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、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、
特にこれの重切削条件での切削加工においてもすぐれた
耐摩耗性を長期に亘って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 Fターム(参考) 3C046 FF03 FF10 FF13 FF16 FF22 FF25 4K030 AA03 AA14 AA17 AA18 AA24 BA18 BA38 BA43 BB01 BB12 CA03 DA03 FA10 JA01 JA06 LA01 LA22

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
    に、個々の平均層厚が0.01〜0.1μmの第1薄層
    と第2薄層の交互多重積層からなる硬質被覆層を0.8
    〜10μmの全体平均層厚で蒸着形成してなり、 さらに上記第1薄層を窒化チタン層、上記第2薄層を結
    晶構造がκ型の酸化アルミニウム層で構成すると共に、
    前記第1薄層の硬質被覆層に占める割合を70〜95質
    量%としたこと、を特徴とする重切削条件で切刃部がす
    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。
JP2001086666A 2001-03-26 2001-03-26 重切削条件で切刃部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 Pending JP2002283108A (ja)

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