JP2007136666A - 被覆切削工具インサート - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、好ましくは高速度でのノジュラー鋳鉄の旋削加工に特に役立つ被覆切削工具インサートに関する。
【解決手段】被覆切削工具インサートは、５〜９ｗｔ％のＣｏと、１〜５ｗｔ％の立方晶炭化物と、８６〜９４ｗｔ％の残部ＷＣとの超硬合金基材を含み、且つ前記被膜は、等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の層と、＞１０〜１５μｍの厚みで柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、０．１〜２μｍの厚みと等軸または板状の粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、３〜８μｍ厚みのαＡｌ２Ｏ３の層と、最外層で０．５〜２μｍの合計厚みであるＴｉＣを有するＴｉＮ＋ＴｉＣの多層化した構造の外側層とから構成され、且つαＡｌ２Ｏ３の層が切刃線に沿う頂部とすくい面上になるように、前記外側被膜層が切刃線内及びすくい面上で除去され、かつ前記外側のＴｉＣの層が逃げ面上の頂部層である。
【選択図】図１
【解決手段】被覆切削工具インサートは、５〜９ｗｔ％のＣｏと、１〜５ｗｔ％の立方晶炭化物と、８６〜９４ｗｔ％の残部ＷＣとの超硬合金基材を含み、且つ前記被膜は、等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の層と、＞１０〜１５μｍの厚みで柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、０．１〜２μｍの厚みと等軸または板状の粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、３〜８μｍ厚みのαＡｌ２Ｏ３の層と、最外層で０．５〜２μｍの合計厚みであるＴｉＣを有するＴｉＮ＋ＴｉＣの多層化した構造の外側層とから構成され、且つαＡｌ２Ｏ３の層が切刃線に沿う頂部とすくい面上になるように、前記外側被膜層が切刃線内及びすくい面上で除去され、かつ前記外側のＴｉＣの層が逃げ面上の頂部層である。
【選択図】図１
Description
本発明は、高速度で旋盤切削するノジュラー鋳鉄部品の機械加工に特に有益である被覆切削工具インサートに関する。
鋳鉄材料は二つの主の種類、すなわち鼠鋳鉄とノジュラー鋳鉄に分類できる。ノジュラー鋳鉄は、機械加工するために比較的困難である材料であると考えられる。鋳鉄は、ほとんどが鋳物肌の外側層を有し、この鋳物肌は、砂、錆、及びその他の不純物などの種々の介在物を含み、また、脱炭された表面領域を有し、且つこの材料の残部より非常に多いフェライトを含む。さらに、ノジュラー鋳鉄の機械加工は、いわゆるαＡｌ２Ｏ３被覆切削工具の付着摩耗、並びに高水準の研削摩耗をもたらす。形成された被加工部品の切屑によって切刃から、被膜の層の断片または個々の粒が切刃から引き離される場合に、付着摩耗は生じる。この種の剥離は、切れ刃線の近くに、最終的に被膜層による局部破断をもたらし、加速された化学摩耗と短い工具寿命を導く。
冷却剤の使用の有無なしに高速度でノジュラー鋳鉄を機械加工した場合、その他の重大な要因は、切刃での過剰の熱の形成であり、インサートの軟化の原因となり、塑性変形をもたらし且つ結果として加速された摩耗で被膜の剥離をもたらす。
ヨーロッパ特許第７５３６０３号は、超硬合金ボディ及び被膜からなる被覆切削インサートを開示し、超硬合金ボディは、５〜１１ｗｔ％のＣｏと、金属がＴｉ、Ｔａ及び／またはＮｂである＜１０ｗｔ％の立方晶炭化物と、残部ＷＣと、の組成であり、且つ被膜は、最内層の０．１〜２μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、２〜１５μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、０．１〜２μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、２〜１０μｍのαＡｌ２Ｏ３の層とを含んでなり、特に、旋削加工による低合金鋼構成部品の機械加工に適している。
ヨーロッパ特許第９５３０６５号は、＜０．５ｗｔ％の立方晶炭化物を有するＷＣ−Ｃｏベースの基材と、被膜を有する被覆切削工具インサートを開示し、この被膜は、最内層の０．１〜２μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、５〜１０μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、０．１〜２μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、３〜６μｍのαＡｌ２Ｏ３の層と、０．５〜３μｍの１層のＴｉＣｘＮｙＯｚの外側層または０．５〜３μｍ厚みのＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮの連続する多層を含み、特に鋳鉄の機械加工に有益である。
本発明の目的は、特にノジュラー鋳鉄の旋削加工、好ましくは高切削速度で有用である被覆切削工具を提供することである。
上述の切削作業で優勢となる摩耗形式に関して、改良された特性を有する切削工具インサートは、低含有量の立方晶炭化物を有する超硬合金ボディ、厚い柱状のＴｉＣｘＮｙＯｚの層、厚く組織化したαＡｌ２Ｏ３の層、ＴｉＮ＋ＴｉＣの多層の頂部逃げ面の層、ＴｉＣの最外層、及び湿式吹き付けをしたαＡｌ２Ｏ３のすきい面と切れ刃線の層を含む、切削工具インサートで達成することができることが、驚くべきことに現在判明している。
本発明にしたがい、超硬合金ボディ及び被膜を含む切削工具インサートが提供され、前記超硬合金ボディは、５〜９ｗｔ％好ましくは６〜８ｗｔ％最も好ましくは６．５〜７．１ｗｔ％のＣｏ、及び１〜５ｗｔ％好ましくは２〜４ｗｔ％最も好ましくは２．６〜３．４ｗｔ％の金属Ｔａ及びＮｂの立方晶炭化物の組成を有し、
ＴａＣ含有量が好ましくは２〜３ｗｔ％最も好ましくは２．４〜３．０ｗｔ％であり、且つＮｂＣ含有量が好ましくは０．２０〜０．３５ｗｔ％最も好ましくは０．２７〜０．３３ｗｔ％であり、且つ
技術的不純物に相当する化学組成中のＴｉ含有量、及び８６〜９４ｗｔ％好ましくは８８〜９２ｗｔ％の残部ＷＣを含む。
超硬合金ボディの保磁力は、ほぼ０．７〜１．５μｍの平均粒子径に相当し、１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍを有する。
ＴａＣ含有量が好ましくは２〜３ｗｔ％最も好ましくは２．４〜３．０ｗｔ％であり、且つＮｂＣ含有量が好ましくは０．２０〜０．３５ｗｔ％最も好ましくは０．２７〜０．３３ｗｔ％であり、且つ
技術的不純物に相当する化学組成中のＴｉ含有量、及び８６〜９４ｗｔ％好ましくは８８〜９２ｗｔ％の残部ＷＣを含む。
超硬合金ボディの保磁力は、ほぼ０．７〜１．５μｍの平均粒子径に相当し、１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍを有する。
前記被膜は、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．１、最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であり、且つ０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の最内層、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３、最も好ましくはｘ＞０．５であり、且つ＞１０〜１５μｍ最も好ましくは１１〜１３μｍで柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ＜０．５、好ましくはｘ＞ｙ、最も好ましくはｘ＞０．５と０．１＜ｚ＜０．４であり、且つ０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸または板状の粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、前記最内層と同一かまたは相違するこの層、
− ３〜８μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みであり、且つ０．５〜２μｍの粒径を有する滑らかで微細流の組織化したαＡｌ２Ｏ３の層、及び
− ０．５〜２μｍ好ましくは０．７〜１．３μｍの合計厚みと、さらに＜１μｍの好ましい粒径とを有する最外層であるＴｉＣを有する一つまたは幾つかの連続物中のＴｉＮ＋ＴｉＣの多層化した構造の外側層、
から構成される。
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．１、最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であり、且つ０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の最内層、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３、最も好ましくはｘ＞０．５であり、且つ＞１０〜１５μｍ最も好ましくは１１〜１３μｍで柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ＜０．５、好ましくはｘ＞ｙ、最も好ましくはｘ＞０．５と０．１＜ｚ＜０．４であり、且つ０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸または板状の粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、前記最内層と同一かまたは相違するこの層、
− ３〜８μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みであり、且つ０．５〜２μｍの粒径を有する滑らかで微細流の組織化したαＡｌ２Ｏ３の層、及び
− ０．５〜２μｍ好ましくは０．７〜１．３μｍの合計厚みと、さらに＜１μｍの好ましい粒径とを有する最外層であるＴｉＣを有する一つまたは幾つかの連続物中のＴｉＮ＋ＴｉＣの多層化した構造の外側層、
から構成される。
αＡｌ２Ｏ３の層が切刃線に沿う頂部とすくい面上になるように、前記外側被膜層は、切刃線内及びすくい面上で除去され、且つ外側のＴｉＣの層が逃げ面上の頂部層である。すなわち、被覆インサートは、切刃線及びすくい面上で滑らかなαＡｌ２Ｏ３の層を有し、好ましくは１０μｍの長さに渡ってＲｍａｘ≦０．４μｍの表面粗さと逃げ面に輝いたグレー色を有する。この輝いたグレー色の頂部の被膜は、使用された切刃の識別を容易にする。
さらにその上に、米国特許第５，６５４，０３５号、ヨーロッパ特許第６５９９０３号またはヨーロッパ特許第７３８３３６号に記載するように、このαＡｌ２Ｏ３の層は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）の測定により決定されるように、（１０４）、（０１２）または（１１０）の方向、好ましくは（０１２）の方向に好ましい結晶成長方位を有する。組織係数ＴＣは次のように決定され、
ＴＣ（ｈｌｌ）＝［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］｛１／ｎΣ［Ｉ（ｈｋｌ）
／Ｉ０（ｈｋｌ）］−１
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度
Ｉ０（ｈｋｌ）＝コード番号４３-１４８３にしたがう
ＡＳＴＭ標準粉末パターン回折の標準強度
ｎ＝この計算に使用した反射数の数であり、用いた（ｈｋｌ）反射は、（０１２）、
（１０４）、（１１０）、（１１３）、（３００）、（１１６）である。
ＴＣ（ｈｌｌ）＝［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］｛１／ｎΣ［Ｉ（ｈｋｌ）
／Ｉ０（ｈｋｌ）］−１
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度
Ｉ０（ｈｋｌ）＝コード番号４３-１４８３にしたがう
ＡＳＴＭ標準粉末パターン回折の標準強度
ｎ＝この計算に使用した反射数の数であり、用いた（ｈｋｌ）反射は、（０１２）、
（１０４）、（１１０）、（１１３）、（３００）、（１１６）である。
（０１２）、（１０４）または（１１０）結晶面のセットの一つに対するＴＣは、１．３より大きく、好ましくは１．５より大きくする必要がある。
本発明は、また上記被覆切削工具インサートを製造する方法に関し、
前記被覆切削工具インサートが、
５〜９ｗｔ％好ましくは６〜８ｗｔ％最も好ましくは６．５〜７．１ｗｔ％のＣｏ、
１〜５ｗｔ％好ましくは２〜４ｗｔ％最も好ましくは２．６〜３．４ｗｔ％の金属Ｔａ及びＮｂの立方晶炭化物、
含有量が好ましくは２〜３ｗｔ％最も好ましくは２．４〜３．０ｗｔ％であるＴａＣ、及び含有量が好ましくは０．２０〜０．３５ｗｔ％最も好ましくは０．２７〜０．３３ｗｔ％であるＮｂＣ、
技術的不純物に相当する化学組成中のＴｉ含有量、及び
８６〜９４ｗｔ％好ましくは８８〜９２ｗｔ％最も好ましくは８９．５〜９０．６ｗｔ％の残部ＷＣ、
の化学組成の超硬合金ボディを含み、且つ
ほぼ０．７〜１．５μｍの平均粒子径に対応する１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍの保磁力を有する。
前記被覆切削工具インサートが、
５〜９ｗｔ％好ましくは６〜８ｗｔ％最も好ましくは６．５〜７．１ｗｔ％のＣｏ、
１〜５ｗｔ％好ましくは２〜４ｗｔ％最も好ましくは２．６〜３．４ｗｔ％の金属Ｔａ及びＮｂの立方晶炭化物、
含有量が好ましくは２〜３ｗｔ％最も好ましくは２．４〜３．０ｗｔ％であるＴａＣ、及び含有量が好ましくは０．２０〜０．３５ｗｔ％最も好ましくは０．２７〜０．３３ｗｔ％であるＮｂＣ、
技術的不純物に相当する化学組成中のＴｉ含有量、及び
８６〜９４ｗｔ％好ましくは８８〜９２ｗｔ％最も好ましくは８９．５〜９０．６ｗｔ％の残部ＷＣ、
の化学組成の超硬合金ボディを含み、且つ
ほぼ０．７〜１．５μｍの平均粒子径に対応する１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍの保磁力を有する。
超硬合金ボディは、慣用の方法にしたがい、粉末の混合、ボール混練、吹き付け乾燥、加圧成形及び焼結によって、おもに製造される。
その後、インサートは、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．１、最も好ましくはｙ>０．８及びｚ＝０を有し、０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の最内層と、
− ＭＹＣＶＯ技術（７００〜９００℃の温度範囲で層を形成するために、炭素と窒素の源としてアセトニトリルを用いる）によって好ましく堆積され、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３最も好ましくはｘ＞０．５を有し、＞１０〜１５μｍ最も好ましくは１１〜１３μｍの厚みで柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、
で被覆する。
しかしながら、正確なこの条件は、使用される装置の形式にある程度依存し、且つ当業者によって決定することができる。
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１で、ｚ＜０．５好ましくはｘ＞ｙ最も好ましくはｘ>０．５と０．１<Ｚ<０．４とであり、且つ０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸または板状の粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層は、既知のＣＶＤ方法を用い、この層は、最内層と同様であるかまたは相違する。
− 滑らかで微細流の組織化したαＡｌ２Ｏ３の中間の層は、米国特許第５，６５４，０３５号、ヨーロッパ特許第６５９９０３号またはヨーロッパ特許第７３８３３６号にしたがい、３〜８μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みであり且つ０．５〜２μｍの好ましい粒径を有する。
− ＴｉＣを有する一つまたは幾つかの連続物中のＴｉＮ＋ＴｉＣの多層化した構造の外側層は、最外層且つ０．５〜２μｍ好ましくは０．７〜１．３μｍの合計厚みである。この層は、＜１μｍの好ましい粒径を示す。
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．１、最も好ましくはｙ>０．８及びｚ＝０を有し、０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の最内層と、
− ＭＹＣＶＯ技術（７００〜９００℃の温度範囲で層を形成するために、炭素と窒素の源としてアセトニトリルを用いる）によって好ましく堆積され、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３最も好ましくはｘ＞０．５を有し、＞１０〜１５μｍ最も好ましくは１１〜１３μｍの厚みで柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層と、
で被覆する。
しかしながら、正確なこの条件は、使用される装置の形式にある程度依存し、且つ当業者によって決定することができる。
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１で、ｚ＜０．５好ましくはｘ＞ｙ最も好ましくはｘ>０．５と０．１<Ｚ<０．４とであり、且つ０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸または板状の粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層は、既知のＣＶＤ方法を用い、この層は、最内層と同様であるかまたは相違する。
− 滑らかで微細流の組織化したαＡｌ２Ｏ３の中間の層は、米国特許第５，６５４，０３５号、ヨーロッパ特許第６５９９０３号またはヨーロッパ特許第７３８３３６号にしたがい、３〜８μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みであり且つ０．５〜２μｍの好ましい粒径を有する。
− ＴｉＣを有する一つまたは幾つかの連続物中のＴｉＮ＋ＴｉＣの多層化した構造の外側層は、最外層且つ０．５〜２μｍ好ましくは０．７〜１．３μｍの合計厚みである。この層は、＜１μｍの好ましい粒径を示す。
靭性を備えた滑らかな切刃線を得るために、且つ頂部のＴｉＮ＋ＴｉＣの多層を除去してこのインサートの切刃とすくい面の滑らかな面を得るために、被覆インサートは、十分高圧力でＡｌ２Ｏ３粒を使用する湿式吹きつけ加工処理に科せられ、この間に、実質的影響をこうむらない逃げ面上の光沢ある灰色をした最外層ＴｉＣを残留させて、すなわち、使用した切刃の容易な識別の手助けとする。
ｚ＝０であるＴｉＣｘＮｙＯｚの層を望む場合、Ｃｏ２及び／またはＣｏが反応ガス混合物に加えられる。
また、本発明は、鋳肌のあるなしに係わらず鼠鋳鉄及びノジュラー鉄の乾燥条件のもとで、切削速度とインサート形状に応じて２５０〜５５０ｍ／分の切削底度と０．１０〜０．３５ｍｍ／回転の送り速度での旋削加工用の上記にしたがう切削工具インサートの用途に関する。
実施例１
Ａ． ６．８ｗｔ％のＣｏと、２．７ｗｔ％のＴａＣと、０．３ｗｔ％のＮｂＣと、ＷＣで作られる残部との組成を有し、且つJeffries方法にしたがい測定された１μｍの平均粒径を有する形式ＣＮＭＧ１２０４１２−ＫＭの超硬合金切削工具インサートが、ｘ＝０．１、ｙ＝０．９及び約０．２μｍの平均粒径で０．５μｍの等軸のＴｉＣｘＮｙＯｚの層で被覆され、次にＭＴＣＶＤ技術（処理温度８８５℃及び炭素／窒素源としてのＣＨ３ＣＮ）を使用して、ｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５で１２．０μｍ厚みの柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層を引き続いて被覆した。その後の処理工程において、同じ被膜サイクルの際に、等軸粒と０．２μｍ平均粒径を有し、ｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びｚ＝０．２を有する１μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層が堆積され、引き続いて、ＴＣ＝（０１２）＝１．８１と約１．２μｍの平均粒子径を有する（０１２）に組織化された５．０μｍ厚いαＡｌ２Ｏ３層が、米国特許第５，６５４，０３５号に与えられる条件に従って堆積された。このαＡｌ２Ｏ３層の頂部に、ＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ＋ＴｉＣが、各個々の層内において１．５μｍの合計被膜厚みと＜０．３μｍの平均粒径を有する多層の構造で堆積された。最後に、このインサートは、湿式吹き付け処理が施され、その際に頂部ＴｉＮ＋ＴｉＣの多層の構造が、切刃線とすくい面から除去され、且つ同一操作の際に、αＡｌ２Ｏ３層が滑らかにされた。
Ａ． ６．８ｗｔ％のＣｏと、２．７ｗｔ％のＴａＣと、０．３ｗｔ％のＮｂＣと、ＷＣで作られる残部との組成を有し、且つJeffries方法にしたがい測定された１μｍの平均粒径を有する形式ＣＮＭＧ１２０４１２−ＫＭの超硬合金切削工具インサートが、ｘ＝０．１、ｙ＝０．９及び約０．２μｍの平均粒径で０．５μｍの等軸のＴｉＣｘＮｙＯｚの層で被覆され、次にＭＴＣＶＤ技術（処理温度８８５℃及び炭素／窒素源としてのＣＨ３ＣＮ）を使用して、ｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５で１２．０μｍ厚みの柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層を引き続いて被覆した。その後の処理工程において、同じ被膜サイクルの際に、等軸粒と０．２μｍ平均粒径を有し、ｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びｚ＝０．２を有する１μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層が堆積され、引き続いて、ＴＣ＝（０１２）＝１．８１と約１．２μｍの平均粒子径を有する（０１２）に組織化された５．０μｍ厚いαＡｌ２Ｏ３層が、米国特許第５，６５４，０３５号に与えられる条件に従って堆積された。このαＡｌ２Ｏ３層の頂部に、ＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ＋ＴｉＣが、各個々の層内において１．５μｍの合計被膜厚みと＜０．３μｍの平均粒径を有する多層の構造で堆積された。最後に、このインサートは、湿式吹き付け処理が施され、その際に頂部ＴｉＮ＋ＴｉＣの多層の構造が、切刃線とすくい面から除去され、且つ同一操作の際に、αＡｌ２Ｏ３層が滑らかにされた。
Ｂ． ６．８ｗｔ％のＣｏと、２．７ｗｔ％のＴａＣと、０．３ｗｔ％のＮｂＣと、ＷＣで作られる残部と、の組成を有する形式ＣＮＭＧ１２０４１２−ＫＭの超硬合金切削工具インサートが、ｘ＝０．１、ｙ＝０．９及び約０．２μｍの平均粒径で、０．５μｍの等軸のＴｉＣｘＮｙＯｚの層で被覆され、且つＭＴＣＶＤ技術（処理温度８８５℃及び炭素／窒素源としてのＣＨ３ＣＮ）を使用して、柱状粒を有するｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５及び１２．０μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層を引き続いて被覆した。その後の処理工程において、同じ被膜サイクルの際に、ｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びｚ＝０．２を有し且つ等軸粒と０．２μｍ平均粒径を有する１μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層が堆積され、引き続いて、ＴＣ＝（０１２）＝１．９３と約１．２μｍの平均粒子径を有する（０１２）に組織化された５．０μｍ厚みのαＡｌ２Ｏ３層が、米国特許第５，６５４，０３５号に与えられる条件に従って堆積された。このαＡｌ２Ｏ３層の頂部に、ＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ＋ＴｉＣが、各個々の層内において１．５μｍの合計被膜厚みと＜０．３μｍの平均粒径を有する多層の構造で堆積された。最後に、このインサートは、吹き付け処理が施され、切刃線が、研削加工材料としてＳｉＣを含有する３２０メッシュのブラシで滑らかにされ、この外側のＴｉＮ＋ＴｉＣ多層の構造が、吹き付け処理によよって切刃線に沿って除去された。
Ｃ． ６．８ｗｔ％のＣｏと、２．７ｗｔ％のＴａＣと、０．３ｗｔ％のＮｂＣと、ＷＣで作られる残部と、の組成を有する形式ＣＮＭＧ１２０４１２−ＫＭの超硬合金切削工具インサートが、ｘ＝０．１、ｙ＝０．９及び約０．２μｍの平均粒径で、０．５μｍの等軸のＴｉＣｘＮｙＯｚの層で被覆され、且つＭＴＣＶＤ技術（処理温度８８５℃及び炭素／窒素源としてのＣＨ３ＣＮ）を使用して、柱状粒を有するｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５及び５．０μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層を引き続いて被覆した。その後の処理工程において、同じ被膜サイクルの際に、同じ被膜サイクルの際に、ｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びｚ＝０．２を有し且つ等軸粒と０．２μｍ平均粒径を有する１μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層が堆積され、引き続いて、ＴＣ＝（０１２）＝１．８５と約１．２μｍの平均粒子径を有する（０１２）に組織化された４．０μｍ厚みのαＡｌ２Ｏ３層が、米国特許第５，６５４，０３５号に与えられる条件に従って堆積された。最後に、このインサートは、湿式吹き付け処理が施され、その際にαＡｌ２Ｏ３が滑らかにされた。
Ｄ． ６．０ｗｔ％のＣｏと、残部ＷＣと、の組成を有する形式ＣＮＭＧ１２０４１２−ＫＭの超硬合金切削工具インサートが、ｘ＝０．１、ｙ＝０．９、ｚ＝０及び約０．２μｍの平均粒径で、０．５μｍの等軸のＴｉＣｘＮｙＯｚの層で被覆され、且つＭＴＣＶＤ技術（処理温度８８５℃及び炭素／窒素源としてのＣＨ３ＣＮ）を使用して、柱状粒を有するｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５及び８．０μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層を引き続いて被覆した。その後の処理工程において、同じ被膜サイクルの際に、同じ被膜サイクルの際に、等軸粒と０．２μｍ平均粒径を有し、且つｘ＝０．６、ｙ＝０．２及びｚ＝０．２を有する１μｍ厚みのＴｉＣｘＮｙＯｚの層が堆積され、引き続いて、ＴＣ（０１２）＝１．９０と約１．２μｍの平均粒子径を有する（０１２）に組織化された５．０μｍ厚みのαＡｌ２Ｏ３層が、米国特許第５，６５４，０３５号に与えられる条件に従って堆積された。このαＡｌ２Ｏ３層の頂部に、ＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ＋ＴｉＣが、各個々の層内において１．５μｍの合計被膜厚みと＜０．３μｍの平均粒径を有する多層の構造で堆積された。最後に、このインサートは、吹き付け処理が施され、切刃線が、研削加工材料としてＳｉＣを含有する３２０メッシュのブラシで滑らかにされ、この外側のＴｉＮ＋ＴｉＣ多層の構造が、吹き付け処理によよって切刃線に沿って除去された。
このインサートは、正面加工作業において試験された。被加工部品材料はノジュラー鋳鉄ＳＳ７２７であった。被加工部品の形状が、各回転の際に、中断切削条件をもたらす。切削速度は２５０ｍ／分、送り速度は０．１０ｍｍ／回転、且つ切り込み深さは２．０ｍｍであった。この作業は冷却剤を用いて実施された。
この形式の典型的な作業は、激しい被膜の剥離を引き起こす。この被膜は、インサートから断片となって引き剥がされる。この摩耗は切れ刃線の部分に測定することができ、切削加工作業に使用された切刃線の全長に比較して、その部分におい被膜が剥離された。
インサート形式 剥離を含む切刃線の％
Ａ（本発明） ＜５
Ｂ（本発明外） ２０
Ｃ（本発明外） ＜５
Ｄ（先行技術） １５
Ａ（本発明） ＜５
Ｂ（本発明外） ２０
Ｃ（本発明外） ＜５
Ｄ（先行技術） １５
実施例２
上記実施例１のインサートが、中断切削作業において、鼠鋳鉄ＳＳ０１２５で試験された。この切削条件が、被膜の剥離抵抗、並びに化学と研磨性との耐摩耗抵抗にたいして高い要求を必要とする。被加工部品の形状は、各回転に対して被加工部品の二つの切り込み口が、中断切削状態で与えられるであろう。切削速度は３００ｍ／分、送り速度は０．２５ｍｍ／回転、且つ切り込み深さは２．０ｍｍであった。この機械加工はいずれの冷却剤用いずに実施された。
上記実施例１のインサートが、中断切削作業において、鼠鋳鉄ＳＳ０１２５で試験された。この切削条件が、被膜の剥離抵抗、並びに化学と研磨性との耐摩耗抵抗にたいして高い要求を必要とする。被加工部品の形状は、各回転に対して被加工部品の二つの切り込み口が、中断切削状態で与えられるであろう。切削速度は３００ｍ／分、送り速度は０．２５ｍｍ／回転、且つ切り込み深さは２．０ｍｍであった。この機械加工はいずれの冷却剤用いずに実施された。
インサート形式 切刃が摩耗する前の通過個数
Ａ（本発明） ８８
Ｂ（本発明外） ８５
Ｃ（本発明外） ６０
Ｄ（先行技術） ７０
Ａ（本発明） ８８
Ｂ（本発明外） ８５
Ｃ（本発明外） ６０
Ｄ（先行技術） ７０
実施例３
上記実施例１のインサートが、被膜に剥離及びインサートの摩耗を高めることをもたらす旋削加工作業において試験された。この試験は、ノジュラー鼠鋳鉄ＳＳ０７３７において、且つ長手方向の旋削作業における送りと切り込み深さとを所定の組み合わせで実施された。
上記実施例１のインサートが、被膜に剥離及びインサートの摩耗を高めることをもたらす旋削加工作業において試験された。この試験は、ノジュラー鼠鋳鉄ＳＳ０７３７において、且つ長手方向の旋削作業における送りと切り込み深さとを所定の組み合わせで実施された。
インサート形式 最も高い可能な切削速度、ｍ/分
Ａ（本発明） ５５０
Ｂ（本発明外） ５２５
Ｃ（本発明外） ４７５
Ｄ（先行技術） ４２５
Ａ（本発明） ５５０
Ｂ（本発明外） ５２５
Ｃ（本発明外） ４７５
Ｄ（先行技術） ４２５
実施例４
上記実施例１のインサートが、連続切削作業において、ノジュラー鼠鋳鉄ＳＳ０７２７で試験された。この試験は、化学と研磨性との耐摩耗抵抗にたいして非常に高い要求を必要とする。切削速度は３５０ｍ／分、送り速度は０．３０ｍｍ／回転、且つ切り込み深さは２．０ｍｍであった。この作業は、冷却剤を使用して実施された。
上記実施例１のインサートが、連続切削作業において、ノジュラー鼠鋳鉄ＳＳ０７２７で試験された。この試験は、化学と研磨性との耐摩耗抵抗にたいして非常に高い要求を必要とする。切削速度は３５０ｍ／分、送り速度は０．３０ｍｍ／回転、且つ切り込み深さは２．０ｍｍであった。この作業は、冷却剤を使用して実施された。
インサート形式 切刃が摩耗する前の通過個数
Ａ（本発明） ５７
Ｂ（本発明外） ５４
Ｃ（本発明外） ２３
Ｄ（先行技術） ３８
Ａ（本発明） ５７
Ｂ（本発明外） ５４
Ｃ（本発明外） ２３
Ｄ（先行技術） ３８
Ａ 超硬合金ボディ
Ｂ ＴｉＣｘＮｙＯｘの接着層
Ｃ 柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｘの層
Ｄ ＴｉＣｘＮｙＯｘの接着層
Ｅ 組織化したαＡｌ２Ｏ３の層
Ｆ ＴｉＮ＋ＴｉＣの多層
Ｂ ＴｉＣｘＮｙＯｘの接着層
Ｃ 柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｘの層
Ｄ ＴｉＣｘＮｙＯｘの接着層
Ｅ 組織化したαＡｌ２Ｏ３の層
Ｆ ＴｉＮ＋ＴｉＣの多層
Claims (5)
- 被膜及び超硬合金ボディを含む切削工具インサートであって、
前記超硬合金ボディが、
５〜９ｗｔ％好ましくは６〜８ｗｔ％最も好ましくは６．５〜７．１ｗｔ％のＣｏ、及び１〜５ｗｔ％好ましくは２〜４ｗｔ％最も好ましくは２．６〜３．４ｗｔ％の金属Ｔａ及びＮｂの立方晶炭化物を含み、
ＴａＣ含有量が好ましくは２〜３ｗｔ％最も好ましくは２．４〜３．０ｗｔ％であり、且つＮｂＣ含有量が好ましくは０．２〜０．３５ｗｔ％最も好ましくは０．２７〜０．３３ｗｔ％であり、
技術的不純物に相当する化学組成中のＴｉ含有量、及び８６〜９４ｗｔ％好ましくは８８〜９２ｗｔ％の残部ＷＣを含み、且つ
１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍの保持量を有し、
前記被膜が、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘ及びｚ＜０．１、及び０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の最内層、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３、及び＞１０〜１５μｍ最も好ましくは１１〜１３μｍの厚みで柱状粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、
− ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ＜０．５とｘ＞ｙとであり、且つ０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸または板状の粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、
− ３〜８μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みであり、且つ０．５〜２μｍの粒径を有する滑らかで微細流の組織化したαＡｌ２Ｏ３の層、及び
− 最外層、及び０．５〜２μｍ好ましくは０．７〜１．３μｍの合計厚みであるＴｉＣを有する一つまたは幾つかの連続物中のＴｉＮ＋ＴｉＣの多層化した構造の外側層、
から構成され、
αＡｌ２Ｏ３の層が切刃線に沿う頂部とすくい面上になるように、前記外側被膜層は、切刃線内及びすくい面上で除去され、且つ外側のＴｉＣの層が逃げ面上の頂部層であること、
を特徴とする被膜及び超硬合金ボディを含む切削工具インサート。 - 前記αＡｌ２Ｏ３の層が、（０１２）方位の組織を有し且つ１．３より大きい組織係数ＴＣ（０１２）を備えることを特徴とする請求項１に記載する切削工具インサート。
- 前記ＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の最内層が、ｚ=０及びｙ>０．８の組成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具。
- 超硬合金ボディ及び被膜を含む切削工具インサートを製造する方法であって、
５〜９ｗｔ％のＣｏと、１〜５ｗｔ％の金属Ｔａ及びＮｂの立方晶炭化物と、技術的不純物に相当する化学組成中のＴｉ含有量と、８６〜９４ｗｔ％の残部ＷＣと、の化学組成の超硬合金ボディを含み、
１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍの保持力を備え、粉末の混合、ボール混練、吹き付け乾燥、加圧成形及び焼結によって製造され、且つ
− ＣＶＤ方法を使用する０．１〜２μｍの厚みと＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの第１の最内層、
− ８５０〜９００℃の好ましい温度範囲で層を形成するため炭素と窒素の源としてアセトニトリルを用いて、ＭＣＶＤ技術によって堆積した＜１０〜１５μｍの厚みと等軸と＜０．５μｍの直径を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、
− ＣＶＤ方法を用いる０．１〜２μｍの厚みを有し＜０．５μｍの大きさの等軸または板状に粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの層、
− ＣＶＤ方法を用いる３〜８μｍの厚みを有し０．５〜２μｍの大きさの粒径を有する滑らかで微細流の組織化したαＡｌ２Ｏ３の層、及び
− ＣＶＤ方法を用いる０．５〜２μｍ好ましくは０．７〜１．３μｍの合計厚みを有し、且つ最外層であるＴｉＣを有する一つまたは幾つかが連続する中のＴｉＮ＋ＴｉＣの多層構造の外側層、
で被覆し、且つ
前記αＡｌ２Ｏ３の層が露出し且つ切刃線に沿って及びすくい面上で滑らかにするように、ＴｉＮ＋ＴｉＣの多層構造の外側層が吹き付け加工により除去され、切削インサートの逃げ面上に実質的に変化を受けない最外層ＴｉＣを残すこと、
を特徴とする超硬合金ボディ及び被膜及を含む切削工具インサートを製造する方法。 - 切削速度とインサート形状に応じて２５０〜５５０ｍ／分の切削速度と０．１０〜０．３５ｍｍ／回転の送りでの鼠鋳鉄及びノジュラー、特にジュラ-鋳鉄のような鋳鉄の旋削加工用の請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具インサートの用途。
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