JP2003508242A - 被覆された溝削りもしくは切断用インサート - Google Patents

被覆された溝削りもしくは切断用インサート

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、鋼もしくはステンレス鋼の管および棒のような鋼部品の溝入れ、もしくは特に切断に有用な、被覆された切削工具（超硬合金インサート）に関する。そのインサートは、ＷＣ−Ｃｏにもとづく超硬合金基質により特徴づけられ、それは高Ｗ合金化されたＣｏのバインダー相、ならびに繰り返されるＴｉ／Ａｌ比変動を有する組成（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎのサブ層の多層構造を含む、硬質で耐摩耗性の被覆を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は被覆された切削工具（超硬合金インサート）に関し、異なる組成およ
び微構造のステンレス鋼からなる棒もしくは管のような鋼部品を溝入れ（ｇｒｏ
ｏｖｉｎｇ）、もしくは特に切断（ｐａｒｔｉｎｇ）するのに有用であり、しか
も低炭素鋼ならびに低および中合金鋼のような非ステンレス鋼についても有用で
ある。
【０００２】 低および中合金鋼およびステンレス鋼を超硬合金工具で機械加工するとき、切
れ刃（ｃｕｔｔｉｎｇ ｅｄｇｅ）は化学摩耗、アブレシブ摩耗、凝集（ａｄｈ
ｅｓｉｖｅ）摩耗のような、異なる摩耗メカニズムにより、そして欠け（ｅｄｇ
ｅ ｃｈｉｐｐｉｎｇ）により、摩耗される。劣悪条件下で、かたまり、および
へりの欠け（ｂｒｅａｋａｇｅｓ）を伴う問題が生じるのは一般的である。さら
に、切削速度、切削送り速度のような、異なる切削条件、ならびに乾式もしくは
湿式機械加工、加工物の強い振動のような外部条件も切れ刃の多数の異なる特性
を要求する。
【０００３】 これまで、すべての工具特性を同時に改良することは非常に困難であった。し
たがって、市販の超硬合金グレードはこれらの摩耗の種類の１つもしくはいくつ
かに関して、したがって特定の用途領域に関して、最適化されてきた。
【０００４】 ＷＯ９７／２００８３は、被覆された切削インサートを開示し、これは、振動
、長い張出し（ｏｖｅｒｈａｎｇ）およびチップの再切削（ｒｅｃｕｔｔｉｎｇ
）のような厳しい条件下で生の表面帯域を有し、もしくは有さないで、低および
中合金鋼、ステンレス鋼において、乾式もしくは湿式で機械加工するのに特に有
用である。そのインサートは、低含量の立方晶炭化物、およびむしろ低Ｗ合金の
バインダー相、ならびに柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚ最外層およびＴｉＮト
ップ層およびκ−Ａｌ2Ｏ3内部層を有する被覆、を含むＷＣ−Ｃｏ超硬合金によ
り特徴づけられる。
【０００５】 スウェーデン特許出願ＳＥ９９０１１４９−６は、異なる組成および微構造の
ステンレス鋼の高切削速度に特に有用であり、しかも低炭素鋼ならびに低および
中合金鋼のような非ステンレス鋼の転削にも有用な、被覆された切削インサート
を開示する。その被覆されたＷＣ−Ｃｏにもとづく超硬合金インサートは、立方
晶炭化物を添加しないで特定の組成範囲のＷＣ／Ｃｏにより、低Ｗ合金Ｃｏバイ
ンダーにより、ならびに狭い範囲で規定されたＷＣ粒径により特徴づけられ、そ
して硬質で耐摩耗性の被覆は、Ｔｉ／Ａｌ比の繰り返し変動を有する、組成（Ｔ
ｉｘＡｌ1-x)Ｎのサブ層の多層構造を含む。
【０００６】 ここで、上述のＷＯ９７／２００８３に記載されるわずかに変性された超硬合
金基質と上述のＳＥ９９０１１４９−６に記載される被覆との組合わせは鋼もし
くはステンレス鋼の溝入れ、もしくは特に切断における優れた切削性能をもたら
すことが驚くべきことに見出された。
【０００７】 図１には、本発明による被覆されたインサートの研磨断面の１２００倍顕微鏡
写真が示される。
【０００８】 Ａ−超硬合金体 Ｂ−最も内側のＴｉＮ層 Ｃ−いくつかのＴｉＡｌＮサブ層の層 Ｄ−ＴｉＡｌＮ層 Ｅ−最も外側のＴｉＮ層 本発明によれば、ステンレス鋼の、靭性を要求する溝入れおよび切断のための
、被覆された切削工具を提供し、それはＣｏ１１．５〜１３．６wt％、好ましく
はＣｏ１２．０〜１３．０wt％、最も好ましくはＣｏ１２．３〜１２．９wt％、
Ｔａ，ＮｂおよびＴｉ金属の立方晶炭化物０．２〜１．８wt％、好ましくは立方
晶炭化物０．４〜１．８wt％、最も好ましくは立方晶炭化物０．５〜１．７wt％
、ならびに残りＷＣ、の組成を有するＷＣ−Ｃｏにもとづく超硬合金体を含む。
さらに、その超硬合金は周期律表のＩＶｂ，ＶｂもしくはＶＩｂ族元素の他の炭
化物を含有しうる。Ｔｉの含量は技術的不純物に相当する含量であるのが好適で
ある。ＷＣの平均粒径は約１．１〜２．１μｍ、好ましくは約１．４μｍである
。
【０００９】 コバルトバインダー相はＷでむしろ低合金化されている。バインダー相におけ
るＷ含量はＣＷ比として表わされうる： ＣＷ比＝Ｍｓ／（wt％Ｃｏ・０．０１６１） ここで、Ｍｓは超硬合金の飽和磁化ｋＡ／ｍであり、そしてwt％Ｃｏは超硬合金
中のＣｏのwt％である。ＣＷ比はＣｏバインダー相におけるＷ含量の関数である
。高ＣＷ−値はバインダー相における低Ｗ含量に対応する。
【００１０】 本発明によれば、もし超硬合金体がＣＷ比０．８０〜０．９２、好ましくは０
．８２〜０．９１、そして最も好ましくは０．８５〜０．９０を有するならば、
改良された切削性能が達成されることが見出された。超硬合金は有害な作用なし
に、少量（＜１vol％）のη−相（Ｍ6Ｃ）を含有しうる。ＣＷ値から、本発明に
よれば遊離の黒鉛は超硬合金体に許容されないことになる。
【００１１】 本発明により超硬合金上に堆積される、硬質で耐摩耗性の高融点被覆は、 − 第１（最も内側）のＴｉＮ０．１〜０．５μｍ層 − 組成（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは２つの範囲０．４５＜ｘ＜０．５５
および０．７０＜ｘ＜０．８０の間でくりかえして変動する）の０．０５〜０．
２μｍ厚さのサブ層の多層構造を含む第２層であり、ＴｉＮ結合層に隣接する（
ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎの第１サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５５のｘ値を有し、（Ｔｉ ｘ Ａｌ1-X)Ｎの第２サブ層は０．７０＜ｘ＜０．８０のｘ値を有し、そして第３
サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５のｘ値を有する等、１２〜２５のサブ層、好まし
くは２２〜２４のサブ層、が構成されるまで繰返される。サブ層の多層構造を含
むこの第２層の厚さは合計厚さの７５〜９５％を構成する。（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ
の個々のサブ層は本質的に同一の厚さを有するが、それらの厚さは規則的に、も
しくは不規則に変動し得、そして該サブ層の厚さは０．０５〜０．２μｍである
。
【００１２】 − 第３の（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは０．４５＜ｘ＜０．５５）の０．
１〜０．５μｍ厚さの層 − 第４（最も外側）のＴｉＮの０．１〜０．２μｍ層、 を含む。
【００１３】 被覆の合計厚さは１〜８μｍ、好ましくは２〜５μｍである。上述のサブ層厚
さおよび被覆厚さは、切れ刃、すなわち切削工具の機能部分に近接してなされる
測定に任せる。
【００１４】 本発明は、さらに、Ｃｏ１１．５〜１３．６wt％、好ましくはＣｏ１２．０〜
１３．０wt％、最も好ましくはＣｏ１２．３〜１２．９wt％、Ｔａ，Ｎｂおよび
Ｔｉ金属の立方晶炭化物０．２〜１．８wt％、好ましくは立方晶炭化物０．４〜
１．８wt％、最も好ましくは立方晶炭化物０．５〜１．７wt％、ならびに残りＷ
Ｃ、の組成を有する超硬合金体からなる、被覆された切削工具を製造する方法に
関する。さらに、その超硬合金は周期律表ＩＶｂ，ＶｂもしくはＶＩｂ族の他の
炭化物を含有しうる。Ｔｉの含量は技術的不純物に相当する含量であるのが好適
である。ＷＣの平均粒径は約１．１〜２．１μｍ、好ましくは約１．４μｍであ
る。
【００１５】 硬質で耐摩耗性の高融点被覆は、従来のＰＶＤ（物理蒸着）もしくはＣＶＤ（
化学蒸着）法を用いることにより超硬合金体基質上に堆積される。そして、本発
明によれば、該被覆は： − 第１（最も内側）のＴｉＮ０．１〜０．５μｍ層 − 組成（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは２つの範囲０．４５＜ｘ＜０．５５
および０．７０＜ｘ＜０．８０の間でくりかえして変動する）の０．０５〜０．
２μｍ厚さのサブ層の多層構造を含む第２層であり、ＴｉＮ結合層に隣接する（
ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎの第１サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５５のｘ値を有し、（Ｔｉ ｘ Ａｌ1-X)Ｎの第２サブ層は０．７０＜ｘ＜０．８０のｘ値を有し、そして第３
サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５のｘ値を有する等、１２〜２５のサブ層、好まし
くは２２〜２４のサブ層、が構成されるまで繰返される。サブ層の多層構造を含
むこの第２層の厚さは合計厚さの７５〜９５％を構成する。（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ
の個々のサブ層は本質的に同一の厚さを有するが、それらの厚さは規則的に、も
しくは不規則に変動し得、そして該サブ層の厚さは０．０５〜０．２μｍである
。
【００１６】 − 第３の（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは０．４５＜ｘ＜０．５５）の０．
１〜０．５μｍ厚さの層 − 第４（最も外側）のＴｉＮの０．１〜０．２μｍ層、 を含む。 例１ Ａ．Ｃｏ１２．６wt％、ＴａＣ１．２５wt％、ＮｂＣ０．３０wt％、ならびに
残りが粒径１．４μｍのＷＣであり、ＣＷ比０．９１に相当するＷで合金化され
たバインダー相を有する、組成を持つ本発明の超硬合金切断工具インサートが、
従来のＰＶＤカソードアーク法を用いて４μｍ厚さで被覆された。その被覆は第
１層（最も外側）の０．２μｍＴｉＮ，（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ｘは０．５５〜０
．７５で交互に変動）の２３の交互サブ層を含む３．２μｍ厚さの第２層、そし
て第３の０．２μｍの（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ層（ｘ＝０．５５）、ならびに最後に
最も外側の、０．４μｍＴｉＮ層とつづく。
【００１７】 Ｂ．Ｃｏ８．０wt％、立方晶炭化物なし、残りＷＣ、そしてＣＷ比０．９４の
組成を有する超硬合金切断工具インサート。そのインサートは最も外側の０．５
μｍ等軸ＴｉＣＮ層で被覆された。１．５μｍＴｉＮ層が同一サイクルで、Ｔｉ
ＣＮ層の表面に堆積された。その後の処理はされなかった。
【００１８】 Ｃ．外部の主要な超硬合金製造者からの上述のインサートに類似する型の競合
する超硬合金切断工具インサートが比較のために選定された。その超硬合金はＣ
ｏ１２．５wt％、ＴｉＣ０．１wt％、ＴａＣ１．８wt％、ＮｂＣ０．２wt％、残
りＷＣ、およびＣＷ比０．８７を有していた。そのインサートは１．４μｍＴｉ
Ｎ、そして最も外側の１．４μｍＴｉＣＮからなる被覆を有していた。光学顕微
鏡は被覆につづくへりの処理がないことを明らかにした。
【００１９】 上述のインサートＡ，ＢおよびＣが、ＯＤ２６mmのステンレス鋼ＳＳ２３２１
にセンタリングするために切断（ｐａｒｔ ｏｆｆ）された。切削速度は送り０
．０５mm／ｒで８６〜０ｍ／分で変動された。摩耗のメカニズムは不均一な逃げ
面摩耗（ｆｌａｎｋ ｗｅａｒ）および欠け（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）であった。
【００２０】 インサート 部品(components)の数 Ａ（本発明） ５０ Ｂ（発明の範囲外） １３ Ｃ（外部グレード） ４１ 例２ インサートＡおよびＢが、切削速度を１１０〜０ｍ／分に変動させ、送りを０
．０８〜０．０３mm／ｒ（棒の中央に近い低送り速度）に変動させて、ステンレ
ス鋼部品（ＡＩＳＩ ３１６ ＯＤ ４２mm）の切断について、末端使用者の機
械加工作業所（ｍａｃｈｉｎｅ ｓｈｏｐ）で試験された。摩耗のメカニズムは
切削帯域での欠失（ｆｒａｃｔｕｒｅ）であった。
【００２１】 インサート 部品の数 Ａ（本発明） ２０１ Ｂ（本発明の範囲外） ２２４ 例３ インサートＡおよびＢが、回転速度１８００rpm 、送り０．１mm／ｒで、ステ
ンレス鋼部品（ＳＳ２１７２ ＯＤ ４７mm）の切断について、末端使用者の機
械加工作業所で試験された。摩耗のメカニズムは逃げ面摩耗とはく離であった。
【００２２】 インサート 部品の数 Ａ（本発明） １６３ Ｂ（本発明の範囲外） ５０ 例４ インサートＡおよびＣが、切削速度を６０〜０ｍ／分に変動させ、送りを０．
０６〜０．０３mm／ｒ（棒の中央に近い低送り速度）に変動させて、ステンレス
鋼部品（ＡＩＳＩ ３１６ ＯＤ ３１mm）の切断について、末端使用者の機械
加工作業所で試験された。摩耗のメカニズムは切削帯域での欠け（ｃｈｉｐｐｉ
ｎｇ）であった。
【００２３】 インサート 部品の数 Ａ（本発明） １８２ Ｃ（外部グレード） ４３
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 14/06 Ｃ２３Ｃ 14/06 Ｐ 14/16 14/16 Ｂ 16/34 16/34 (72)発明者 セリンデル，トルビヨルン スウェーデン国，エス−117 61 ストッ クホルム，カトリネベルイスバッケン 18 (72)発明者 クランデル，グレゴル スウェーデン国，エス−125 51 エール ブスヨー，ローングスヨーホーイデン 79 Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF10 FF19 FF25 FF40 FF52 4K018 AD03 BA04 BA11 FA21 FA24 JA40 KA15 KA16 4K029 AA02 AA04 BA58 BA60 BB02 BD05 CA04 DD06 EA01 4K030 BA02 BA18 BA38 BB12 CA03 JA01 LA22

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超硬合金体および被覆を含み、鋼およびステンレス鋼を切断
    するための切削工具インサートであり、該超硬合金体は約１．４μｍの平均粒径
    を有するＷＣ，Ｃｏ１２〜１３wt％およびＴａＣ＋ＮｂＣ０．４〜１．８wt％、
    ならびにＣＷ比０．８２〜０．９１を有する低Ｗ合金バインダー相からなり、そ
    して該被覆は、 − 第１（最も内側）のＴｉＮ０．１〜０．５μｍ層 − 組成（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは２つの範囲０．４５＜ｘ＜０．５５
    および０．７０＜ｘ＜０．８０の間でくりかえして変動する）の０．０５〜０．
    ２μｍ厚さのサブ層の多層構造を含む第２層であり、ＴｉＮ結合層に隣接する（
    ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎの第１サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５５のｘ値を有し、（Ｔｉ ｘ Ａｌ1-X)Ｎの第２サブ層は０．７０＜ｘ＜０．８０のｘ値を有し、そして第３
    サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５のｘ値を有する等、１２〜２５のサブ層が構成さ
    れるまで繰返される。 − 第３の（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは０．４５＜ｘ＜０．５５）の０．
    １〜０．５μｍ厚さの層 − 第４（最も外側）のＴｉＮの０．１〜０．２μｍ層、 を含み、 合計の被覆厚さは１〜８μｍであり、そして第２層の厚さは合計被覆厚さの７
    ５〜９５％を構成する、 ことを特徴とする切削工具インサート。
  2. 【請求項２】 超硬合金がＣｏ１２．３〜１２．９wt％およびＴａＣ＋Ｎｂ
    Ｃ０．５〜１．７wt％の組成を有することを特徴とする請求項１記載の切削イン
    サート。
  3. 【請求項３】 超硬合金が黒鉛を含まないことを特徴とする請求項１もしく
    は２記載の切削インサート。
  4. 【請求項４】 ＷＣ−Ｃｏにもとづく超硬合金体、および硬質で耐摩耗性の
    被覆を含む、被覆された超硬合金切削工具を製造するための公知のＰＶＤもしく
    はＣＶＤにもとづく方法であり、約１．４μｍの平均粒径を有するＷＣ，Ｃｏ１
    ２〜１３wt％およびＴａＣ＋ＮｂＣ０．４〜１．８wt％、ならびにＣＷ比０．８
    ２〜０．９１を有する低Ｗ合金バインダー相からなる超硬合金体上に堆積し、該
    被覆は、 − 第１（最も内側）のＴｉＮ０．１〜０．５μｍ層 − 組成（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは２つの範囲０．４５＜ｘ＜０．５５
    および０．７０＜ｘ＜０．８０の間でくりかえして変動する）の０．０５〜０．
    ２μｍ厚さのサブ層の多層構造を含む第２層であり、ＴｉＮ結合層に隣接する（
    ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎの第１サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５５のｘ値を有し、（Ｔｉ ｘ Ａｌ1-X)Ｎの第２サブ層は０．７０＜ｘ＜０．８０のｘ値を有し、そして第３
    サブ層は０．４５＜ｘ＜０．５のｘ値を有する等、１２〜２５のサブ層が構成さ
    れるまで繰返される。 − 第３の（ＴｉｘＡｌ1-X)Ｎ（ここでｘは０．４５＜ｘ＜０．５５）の０．
    １〜０．５μｍ厚さの層 − 第４（最も外側）のＴｉＮの０．１〜０．２μｍ層、 を含み、 合計の被覆厚さは１〜８μｍであり、そして第２層の厚さは合計被覆厚さの７
    ５〜９５％を構成する、 ことを特徴とする切削工具インサートの製造方法。
  5. 【請求項５】 該超硬合金体が約１．４μｍの平均粒径を有するＷＣ；Ｃｏ
    １２〜１３wt％、およびＴａＣ＋ＮｂＣ０．４〜１．８wt％、ならびにＣＷ比０
    ．８２〜０．９１を有する低Ｗ合金バインダー相のＷＣ−Ｃｏ組成を含むことを
    特徴とする請求項４記載の方法。
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