JP2003136308A - 高速切削で切刃部がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
高速切削で切刃部がすぐれた耐熱塑性変形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
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
タン層および/または炭窒化チタン層、上記第2薄層を
酸化ハフニウム層で構成してなる。
Description
う鋼などの高速切削に用いた場合に、切刃部がすぐれた
耐熱塑性変形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型やκ型、さらにθ型などの蒸着形成さ
れた酸化アルミニウム(以下、Al2O3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】 【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
とも相俟って高速化の傾向にあるが、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、これを高速切削
条件で用いると、特に硬質被覆層を構成する上記上部層
および下部層とも熱伝導性の相対的に良好なもの、ちな
みに上部層を構成するAl2O3の熱伝導率は6W/mK
であり、同じく下部層を構成する、例えばTiNのそれ
は14W/mKであるために、切削時に被削材と硬質被
覆層との間に発生する高熱が超硬基体に影響を及ぼし、
切刃部が熱塑性変形するのが避けられず、この熱塑性変
形によって摩耗は偏摩耗形態をとるようになり、この結
果切刃部の摩耗進行が著しく促進され、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、高熱発生を伴う高速切削でも切
刃部に熱塑性変形の発生のない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を、T
iN層および/またはTiCN層(以下、これらを総称
してTiN・C層で示す)と、酸化ハフニウム(以下、
HfO2で示す)層の構成層に特定した上で、これらT
iN・C層とHfO2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、かつ全体平均層厚を0.8〜
10μmとすると、この結果の硬質被覆層は薄膜化交互
多重積層構造をもつようになることから、切削時に前記
TiN・C薄層とHfO2薄層が同時に被削材の切削に
関与し、それぞれの薄層のもつ特性、すなわち前記Ti
N・C薄層(以下、第1薄層という)のもつすぐれた強
度と靭性、およびHfO2層(以下、第2薄層という)
のもつすぐれた断熱性(HfO2の熱伝導率は1.2W
/mK)が、同時に、かつ均等に、さらに経時的変化な
く発揮され、したがって、この結果の被覆超硬工具は、
これを特に鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴なう高速切削加
工に用いても、前記硬質被覆層が前記高熱を遮断して、
超硬基体が熱影響を受けるのを十分に防止することか
ら、切刃部に偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生する
のが抑制され、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。 【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、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・C薄層、上記第2薄層をHfO2層で構成してな
る、高速切削で切刃部がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮
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靭性と強度、第2
薄層によるすぐれた断熱性を硬質被覆層に十分に具備せ
しめることができず、この結果所望の耐熱塑性変形性を
確保することができなくなり、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薄層による硬さ低下および第2薄層に
よる強度および靭性低下が硬質被覆層に現われるように
なり、いずれの場合も耐摩耗性低下の原因となる、とい
う理由によるものである。 【0007】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。 【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、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 C2 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:0.07mmのホーニング加工を施す
ことによりISO・CNMG120408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。 【0009】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、いずれも通常の形成条件と
して知られている、第1薄層のTiN・C薄層のうちの
TiN薄層の形成条件を、 反応ガス組成−容量%で、TiCl4:4.2%、N2:
35%、H2:残り、反応雰囲気温度:960℃、 反応雰囲気圧力:25kPa、 とし、同TiCN層の形成条件を、 反応ガス組成−容量%で、TiCl4:4.2%、N2:
20%、CH4:4%、H2:残り、 反応雰囲気温度:960℃、 反応雰囲気圧力:7kPa、 とし、また第2薄層のHfO2層の形成条件を、 反応ガス組成−容量%で、HfCl4:3.5%、CO
2:6%、HCl:1.5%、H2:残り 反応雰囲気温度:960℃、 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。 【0010】また、比較の目的で、同じ化学蒸着装置に
て、表3に示される条件で、表4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。 【0011】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、
4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。 【0012】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・SCM440の丸棒、 切削速度:450m/min、 切り込み:1.5mm、 送り:0.2mm/rev、 切削時間:5分、 の条件での合金鋼の乾式高速連続切削試験、および、 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:250m/min、 切り込み:1.5mm、 送り:0.2mm/rev、 切削時間:3分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続切削試験を行
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5に示した。 【0013】 【表1】【0014】 【表2】 【0015】 【表3】【0016】 【表4】 【0017】 【表5】【0018】 【発明の効果】表2〜5に示される結果から、硬質被覆
層が上記の第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
を高い発熱を伴う高速で行っても、幾重にも交互積層す
る第2薄層がもたらすすぐれた断熱効果によって切削時
に発生する高熱が超硬基体に伝達するのが著しく抑制さ
れることから、切刃部の熱塑性変形が防止され、同じく
交互積層する第1薄層による硬質被覆層の靭性および強
度向上と相俟って、切刃部に偏摩耗の発生がなく、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、いずれも高速切削時に発生する高
熱によって偏摩耗の原因となる熱塑性変形を起し、この
ため摩耗進行が著しく促進し、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、特にこれの高速切削加工におい
てもすぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【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および/または炭窒
化チタン層、上記第2薄層を酸化ハフニウム層で構成し
たこと、を特徴とする高速切削で切刃部がすぐれた耐熱
塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
JP2001341523A JP2003136308A (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | 高速切削で切刃部がすぐれた耐熱塑性変形性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
US10/101,972 US6805944B2 (en) | 2001-03-26 | 2002-03-21 | Coated cemented carbide cutting tool |
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DE60214922T DE60214922T2 (de) | 2001-03-26 | 2002-03-22 | Beschichtetes Schneidwerkzeug |
EP02006607A EP1245698B1 (en) | 2001-03-26 | 2002-03-22 | Coated cemented carbide cutting tool |
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---|---|
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2001
- 2001-11-07 JP JP2001341523A patent/JP2003136308A/ja active Pending
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051206 |
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A521 | Written amendment |
Effective date: 20060130 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060821 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |