JP2004516155A - 被覆超硬合金の切削工具インサート - Google Patents

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Abstract

本発明にしたがい、立方晶炭化物中では枯渇するＷとＭｏを含有し、＜７０μｍ好ましくは１７〜４０μｍの厚みのあるバインダー相の含有量の高い表面区域を有する超硬合金が提供される。表面区域のＭｏの全体的な含有量は、超硬合金の内部におけるＭｏと同様である。Ｍｏで超硬合金を合金化することによって、ステンレス鋼の断続的な熱及び機械的な負荷を被る条件のもとでの旋削加工に使用される場合において、その性能は特に改良された。

Description

【０００１】
本発明は被覆超硬合金の切削工具インサートに関する。この超硬合金インサートは、ＷＣと立方晶炭化物とを基本として且つＣｏバインダー相の含有量の高い表面区域を有する。Ｍｏで超硬合金を合金化することによって、ステンレス鋼の断続的な熱及び機械的な負荷を被る条件のもとでの旋削加工に使用される場合、その性能は特に改良された。
【０００２】
今日では高性能切削工具は、大きな耐摩耗性と、高靭性と、塑性変形に対する耐性を備える。切削インサートの塑性変形に対する改良された耐性は、ＷＣ粒子径を減少することによって、または全体的にバインダー相含有量を低くすることによって達成することができるが、このような変化は、同時に靭性性質を著しく減少させる。
【０００３】
塑性変形することなく靭性性質を改良する方法が、所謂勾配法焼結技術によって既知である。この勾配法は、実質的に立方晶炭化物の無いバインダー相の含有量の高い区域（５０μｍ）の厚みのあるの超硬合金インサートからなり、例えば、米国特許第４，２７７，２８３号、米国特許第４，６１０，９３１号、米国特許第４，８３０，９３０号、米国特許第５，１０６，６７４号及び米国特許第５，６４９，２７９号である。実質的に立方晶炭化物が無くてバインダー相の含有量の高い表面区域を有するこのようなインサートは、鋼とステンレス鋼との機械加工に対しては今日広範囲に使用される。これらの特許は、切削性能に対する表面区域内の基材組成に関する重要な例である。塑性変形に対する耐性と靭性のようなインサートの性能は、長くて安定な工具寿命を確実にするために、機械加工の際の最適性能と均衡させる必要がある。
【０００４】
特別な焼結技術を用いることにより、または元素を合金化することにより、表面区域の組成を制御して、ある程度まで塑性変型に対する耐性と靭性とを均衡させる方法があり、例えば、米国特許第５，４８４，４６８号、米国特許第５，５４９，９８０号、米国特許第５，７２９，８２３号、欧州特許Ａ−５６０２１２号及び欧州特許Ａ−５６９６９６号である。
【０００５】
上記特許のすべての特徴は、実質的に立方晶炭化物が無くてバインダー相が豊富であり、すなわちこれらはＷＣとＣｏからなる。この表面区域は良好な切刃靭性を有するインサートを提供するが、機械加工条件が熱的及び機械的な負荷をインサートに生じさせる場合には、充分なインサートが提供されない。
【０００６】
そのために、本発明の目的は、温度と機械的負荷とが変化するとき、塑性変形と切刃靭性に対する耐性が失われること無く、旋削加工に対して改良された特性を備える超硬合金インサートを提供することである。
【０００７】
バインダー相の含有量の高い表面区域を有する超硬合金インサートにＭｏを添加することによって、熱的と機械的な断続条件のもとで旋削加工するときに、予期せぬ改良が達成さることが今日判明した。
【０００８】
本発明よって、立方晶炭化物中には枯渇するＷとＭｏとを含む厚みのあるバインダー相の含有量の高い表面区域が＜７０μｍ好ましくは１０〜４０μｍである超硬合金が提供される。この表面区域のＭｏ含有量は、超硬合金内部のＭｏ含有量の０．９〜１．１倍である。
【０００９】
本発明は、５〜１５好ましくは７〜１１ｗｔ％の主にＣｏ（不純物レベルでＦｅとＮｉだけを）を含むバインダー相と、総量で１〜１０好ましくは４〜７ｗｔ％のＴｉＣとＴａＣとＮｄＣと残部Ｗのような立方晶炭化物と、の組成を有する超硬合金に適用できる。さらに、この超硬合金は、０．５〜４ｗｔ％好ましくは０．５〜３ｗｔ％最も好ましくは１〜２ｗｔ％のＭｏを含有する。平均ＷＣ粒子径は、０．５〜４μｍ好ましくは１〜２μｍである。タングステン炭化物粒子は、コアと周囲リムとを形成する二重構造を有する。このリムのＭｏ含有量は、約２から２５ｗｔ％の間で変化し、コアで最も高い量を有する。
【００１０】
Ｃｏバインダー相は、Ｗでかなり合金化される。このバインダー相中のＷ含有量は、次式で表わすことができる。すなわち、
ＣＷ比＝Ｍｓ／（ｗｔ％Ｃｏ×０．０１６１）
Ｍｓは超硬合金の測定された飽和磁化であり、ｗｔ％Ｃｏは超硬合金中のＣｏのｗｔ％である。ＣＷ比は、Ｃｏバインダー相中のＷ含有量の関数である。低いＣＷは、バインダー相中の高Ｗ含有量に相当する。
【００１１】
本発明にしたがい、改良された切削性能は、超硬合金ボディが０．７２〜０．９４好ましくは０．７６〜０．９０倍のＣＷ比を有する場合に達成される。超硬合金ボディは、いずれの有害な影響も無く、少量の＜５ｖｏｌ％のイータ相（Ｍ６Ｃ）を含有することができる。
【００１２】
超硬合金は粉末冶金法で製造することができ、この粉末冶金法は、硬質構成物と少量のＮを含むバインダー相とで形成される粉末混合物を混練すること、所望の含有量の高いバインダー相をえるために真空中で乾燥することと加圧することと焼結することを含む。ＭｏはＭｏ２Ｃとして添加される。
【００１３】
本発明の超硬合金インサートは、ＣＶＤ、ＭＴＣＶＤまたはＰＶＤ技術でもって薄い耐磨耗性被膜で好ましく被覆される。好ましくはこの被膜は、＜１μｍのＴｉＮと、１〜５μｍのＭＴＣＶＤ−ＴｉＣＮと、１〜３μｍのκアルミナと、＜１μｍのＴｉＮとからなる。
【００１４】
実施例１
Ａ）７．５ｗｔ％のＣｏと、３．８ｗｔ％のＴａＣと、１．９ｗｔ％のＴｉＣと、０．４ｗｔ％のＴｉＮと、０．４ｗｔ％のＭｏ２Ｃと、残部ＷＣの組成を有し、且つ１．７μｍの平均粒子径と０．８６のＣＷ比を有する旋削加工用のインサートであるＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭタイプの超硬合金工具インサートが粉末冶金法で製造され、この粉末冶金法は、硬質構成物とバインダー相とで形成される粉末混合物を混練すること、加圧すること、及び焼結することを含む。この加圧成形されたボディは、標準方法にしたがって１４５０℃で焼結した。焼結された半製品は、図１のように表面から基材まで約２５μｍに達する立方晶炭化物の無い区域が達成された。製造されたインサートのタングステン炭化物相は、図３のようにコアと周囲リムとを形成する二重構造を有した。このリム内のＭｏ含有量は、約２から２５ｗｔ％の間で変化し、コア近くで最も高い量を有した。従来の切刃ホーニング、洗浄工程らの従来の前被覆処理後に、このインサートは、ＣＶＤ処理で被覆して、０．４μｍのＴｉＮと、穏やかな温度で２μｍのＴｉＣＮと、２μｍのκアルミナと、０．８μｍのＴｉＮを付与する。
【００１５】
Ｂ）７．５ｗｔ％のＣｏと、３．８ｗｔ％のＴａＣと、１．９ｗｔ％のＴｉＣと、０．４ｗｔ％のＴｉＮと、残部ＷＣの組成を有し、且つ１．７μｍの平均粒子径と０．８６倍のＣＷ比を有するＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭタイプの超硬合金工具インサートが製造された。このインサートは、焼結工程と、前被覆処理と、Ａと同様の物理的性質を達成するための被覆工程と、が施された。焼結された半製品は、表面から基材まで約２５μｍに達する立方晶炭化物の無い区域が達成された。製造されたインサートのタングステン炭化物層は、リムとコアとのない構造を有していた。
【００１６】
Ｃ）９．９ｗｔ％のＣｏと、３．０ｗｔ％のＴａＣと、２．５ｗｔ％のＴｉＣと、０．３ｗｔ％のＴｉＮと、０．４ｗｔ％のＭｏ２Ｃと、残部ＷＣの組成を有し、且つ１．７μｍの平均粒子径と０．７８倍のＣＷ比を有する旋削加工用のインサートであるＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭタイプの超硬合金工具インサートが粉末冶金法で製造され、この粉末冶金法は、硬質構成物とバインダー相とで形成される粉末混合物を混練すること、加圧すること及び焼結することを含む。この加圧成形されたボディは、標準方法にしたがって１４５０℃で焼結した。焼結された半製品は、表面から基材まで約２０μｍに達する立方晶炭化物の無い区域が達成された。金属組織学的な調査は、製造されたインサートの硬質構造物がコアと周囲のリムを形成する二重構造からなっていることを示した。従来の切刃ホーニング、洗浄工程らの従来の前被覆処理後に、このインサートは、ＣＶＤ処理で、穏やかな温度で４μｍのＴｉＣＮと、１．５μｍのκアルミナと、０．５μｍのＴｉＮを付与された。その後、ＴｉＮは、ブラッシングによって切刃に沿って取り除かれた。
【００１７】
Ｄ）１０．０ｗｔ％のＣｏと、６．０ｗｔ％のＴａＣと、２．６ｗｔ％のＴｉＣと、０．４ｗｔ％のＴｉＮと、残部ＷＣの組成を有し、且つ２．０μｍの平均粒子径と０．８１のＣＷ比を有するＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭタイプの超硬合金工具インサートが製造された。このインサートは、Ｃと同じような焼結工程と、前被覆処理と、切刃線ブラッシング工程とが施された。焼結された半製品は、表面から基材まで約２０μｍに達する立方晶炭化物の無い区域が達成された。製造されたインサートのタングステン炭化物層は、リムとコアのない構造を有していた。
【００１８】
実施例２
ＡとＢとのインサート改良種を、ステンレス鋼ＡＩＳＩ３１６Ｔｉの旋削加工に使用した場合の切刃の靭性挙動に付いて試験をした。
【００１９】
Figure 2004516155
最大摩耗が０．３ｍｍを超えたときに、試験を停止した。
【００２０】
Figure 2004516155
実施例３
ＡとＢとのインサート改良種を、ステンレス鋼ＡＩＳＩ３１６Ｔｉの旋削加工に使用した場合の塑性変形に対する耐性に付いて試験をした。
【００２１】
Figure 2004516155
塑性変形は逃げ面摩耗として測定され、０．３ｍｍの摩耗に達したときに、試験を停止した。
【００２２】
Figure 2004516155
実施例４
ＡとＢとのインサート改良種を、ステンレス鋼ＳＳ２３４３の断続的な熱的負荷と機械的負荷に付いて旋削加工において試験をした。
【００２３】
Figure 2004516155
最大摩耗が０．３ｍｍを超えたときに、試験を停止した。
【００２４】
Figure 2004516155
実施例５
ＣとＤとのインサート改良種を、ステンレス鋼ＡＩＳＩ３０４Ｌの旋削加工に使用した場合の塑性変形に対する耐性に付いて試験をした。
【００２５】
Figure 2004516155
塑性変形は逃げ面摩耗として測定され、０．３ｍｍの摩耗に達したときに、試験を停止した。
【００２６】
Figure 2004516155
実施例６
ＣとＤとのインサート改良種を、ステンレス鋼ＳＳ２３４３の断続的な熱的負荷と機械的負荷に付いて旋削加工において試験をした。
【００２７】
Figure 2004516155
最大摩耗が０．３ｍｍを超えたときに、試験を停止した。
【００２８】
Figure 2004516155

【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明にしたがう超硬合金インサートの表面区域におけるＴｉ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｃ及びＭｏの分布を示す。
【図２】
図２は、従来技術したがう超硬合金インサートの表面区域におけるＴｉ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｃ及び（Ｍｏ）の分布を示す。
【図３】
図３は、本発明にしたがう超硬合金インサートの顕微鏡組織を示し、ＡはＷのコアであり、且つＢはＷ＋Ｍｏのリムである。

Claims (4)

  1. 超硬合金基材と被膜とから成り、
    前記基材がＷＣと、５〜１５ｗｔ％のＣｏと、ＴｉＣ、ＴａＣ及びＮｂＣのような１〜１０ｗｔ％の立方晶炭化物とを含み、
    実質的にガンマ相を含まないでバインダー相の含有量の高い表面区域を有する被覆切削工具インサートであって、
    前記基材が、０．５〜４ｗｔ％のＭｏを含有し、且つ
    前記表面区域が、前記基材の内部のＭｏ含有量より０．９〜１．１倍のＭｏを有することを特徴とする被覆切削工具インサート。
  2. 前記ＷＣの粒が、コアとＭｏを含有する周辺リムとから作られた２相構造を有することを特徴とする請求項１記載の被覆切削工具インサート。
  3. Ｃｏバインダー相が、０．７２〜０．９４のＣＷ比を有し、
    前記ＣＷ比は、ＣＷ比＝Ｍｓ／（ｗｔ％Ｃｏ×０．０１６１）として表示され、
    Ｍｓは測定された超硬合金の飽和磁化であり、且つｗｔ％Ｃｏは超硬合金内のＣｏのｗｔ％である、
    ことを特徴とする請求項１または２記載の被覆切削工具インサート。
  4. 前記被膜が、＜１μｍのＴｉＮと、１〜５μｍのＭＴＣＶＤ−ＴｉＣＮと、１〜３μｍのκアルミナと、＜１μｍのＴｉＮからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆切削工具インサート。
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