JP2007307690A - 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットからなる工具基体の表面に、(a)2〜10μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Al1−XCrX)N(ただし、原子比で、Xは0.2〜0.4を示す)を満足する蒸着形成されたAlとCrの複合窒化物層からなる下部層、(b)下部層の表面に設けた、0.3〜1μmの平均層厚を有する蒸着形成されたAlとCrの合金層からなる表面層、以上(a)、(b)で構成された硬質被覆層を備えた表面被覆切削工具。
【選択図】 なし
Description
組成式:(Al1−XCrX)N(ただし、原子比で、Xは0.2〜0.4を示す)、
を満足するAlとCrの複合窒化物[以下、(Al,Cr)Nで示す]層からなる硬質被覆層を2〜10μmの平均層厚で物理蒸着してなる被覆工具が知られており、かつ前記被覆工具の硬質被覆層である(Al,Cr)N層が、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Crによって高温強度、さらにCrとAlの共存含有によって高温耐酸化性を具備することから、これを各種の一般鋼や普通鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている。
上記従来被覆超硬工具の硬質被覆層である(Al,Cr)N層を下部層とし、その表面に、0.3〜1μmの平均層厚でAl−Cr合金層からなる表面層を蒸着形成すると、このAl−Cr合金層は熱伝導性がよくすぐれた熱放散性を有し、高速切削加工時に硬質被覆層が高温に加熱されても熱が直ちに放散され、硬質被覆層が過熱されることがないため、熱塑性変形あるいは偏摩耗を生じることもなく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮すること。
まず、前記Al−Cr合金のカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記工具基体の表面に、下部層として(Al,Cr)N層を2〜10μmの平均層厚で蒸着形成した後、
前記Al−Cr合金のカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を継続させたまま、装置内雰囲気を窒素雰囲気からAr雰囲気へと徐々に切り替え、最終的にAr雰囲気中で、カソード電極(蒸発源)である前記Al−Cr合金とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、表面層としてのAl−Cr合金層を0.3〜1μmの平均層厚で蒸着形成することにより、
所定平均層厚の(Al,Cr)N層からなる下部層と、所定平均層厚のAl−Cr合金層からなる表面層を蒸着で形成できること。
という、研究結果を得たのである。
(a)2〜10μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Al1−XCrX)N(ただし、原子比で、Xは0.2〜0.4を示す)を満足する蒸着形成されたAlとCrの複合窒化物層からなる下部層、
(b)上記AlとCrの複合窒化物層からなる下部層の表面に設けられ、0.3〜1μmの平均層厚を有する蒸着形成されたAlとCrの合金層からなる表面層、
上記(a)、(b)で構成された硬質被覆層を備えた、高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具(表面被覆切削工具)に特徴を有するものである。
AlとCrの複合窒化物層((Al1−XCrX)N層)の構成成分であるAl成分には硬質被覆層における高温硬さと耐熱性を向上させ、また、同Cr成分には高温強度を向上させ、さらに、CrとAlの共存含有によって高温耐酸化性を向上させる作用があるが、Crの含有割合を示すX値がAlとの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.2未満になると、高速切削加工時の高熱下での高温強度を確保することができないために、チッピングの発生を抑制することが困難となり、一方、Crの含有割合を示すX値が0.4を超えると相対的にAlの含有割合が減少するため、所定の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となることから、Crの含有割合を示すX値を0.2〜0.4と定めた。
表面層を構成するAl−Cr合金層は、すぐれた熱伝導性・熱放散性とともに所定の高温強度を有する必要があり、Al−Cr合金層中のCr含有量が20原子%未満となると熱伝導性・熱放散性が極端に低下し、また、Cr含有量が40原子%を超えると高温強度が低下してしまうので、Al−Cr合金層中のCr含有量は20〜40原子%とする必要がある。ただ、この発明では、Al−Cr合金層を蒸着形成するにあたって、下部層である前記(Al1−XCrX)N層を蒸着形成するのに使用したのと同じカソード電極(蒸発源)を用い、装置内雰囲気を窒素ガスからArガスへと徐々に切り替えることによってAl−Cr合金層を蒸着形成しているため、蒸着形成されたAl−Cr合金層中には、下部層におけるCr/Al割合とほぼ同じような割合でCrが含有される(即ち、ほぼ20〜40原子%のCrを含有するAl−Cr合金層が形成される)ことから、Al−Cr合金層の蒸着形成にあたっては、合金層の組成については特に厳密に管理しなくても、すぐれた熱伝導性・熱放散性と所定の高温強度を備えた20〜40原子%のCrを含有するAl−Cr合金層を蒸着形成することができる。
ただ、Al−Cr合金層の平均層厚が0.3μm未満であると、すぐれた熱伝導性・熱放散性という特性を十分発揮することができず、また、その平均層厚が1μmを超えると、被削材との間で溶着を生じやすくなり、切削特性を劣化させることになるので、Al−Cr合金層の平均層厚は0.3〜1μmと定めた。
(b)まず、装置内を排気して0.1Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
(c)次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して4Paの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表3、表4に示される目標組成、目標平均層厚の(Al,Cr)N層を蒸着形成した後、
(d)前記カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を継続させつつ、同時に、装置内雰囲気を窒素ガス雰囲気からアルゴンガス雰囲気へと徐々に切り替え、最終的には0.5Paのアルゴンガス雰囲気中で、カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させて、表3、表4に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成することにより、
本発明被覆工具としての本発明表面被覆スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。
従来被覆工具としての従来表面被覆スローアウエイチップ(以下、従来被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。
被削材:JIS・S55Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 320 m/min.、
切り込み: 1.5 mm、
送り: 0.2 mm/rev.、
切削時間: 5 分、
の条件(切削条件A)での炭素鋼の乾式高速断続切削加工試験(通常の切削速度は200m/min.)、
被削材:JIS・SCM440の丸棒、
切削速度: 350 m/min.、
切り込み: 1.2 mm、
送り: 0.25 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件(切削条件B)での合金鋼の乾式高速連続切削加工試験(通常の切削速度は250m/min.)、
被削材:JIS・FC250の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 400 m/min.、
切り込み: 1.5 mm、
送り: 0.3 mm/rev.、
切削時間: 5 分、
の条件(切削条件C)での鋳鉄の乾式高速断続切削加工試験(通常の切削速度は280m/min.)、
を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表7に示した。
本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
従来被覆工具としての従来表面被覆超硬製エンドミル(以下、従来被覆エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
本発明被覆エンドミル1〜3および従来被覆エンドミル1〜3については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度: 120 m/min.、
溝深さ(切り込み): 5 mm、
テーブル送り: 400 mm/分、
の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験(通常の切削速度は80m/min.)、
本発明被覆エンドミル4〜6および従来被覆エンドミル4〜6については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・FC250の板材、
切削速度: 130 m/min.、
溝深さ(切り込み): 8 mm、
テーブル送り: 450 mm/分、
の条件での鋳鉄の乾式高速溝切削加工試験(通常の切削速度は80m/min.)、
本発明被覆エンドミル7,8および従来被覆エンドミル7,8については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S55Cの板材、
切削速度: 120 m/min.、
溝深さ(切り込み): 16 mm、
テーブル送り: 300 mm/分、
の条件での炭素鋼の乾式高速溝切削加工試験(通常の切削速度は70m/min.)、
をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mmに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表9、表10にそれぞれ示した。
本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル(以下、本発明被覆ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
従来被覆工具としての従来表面被覆超硬製ドリル(以下、従来被覆ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・FC250の板材、
切削速度: 150 m/min.、
送り: 0.15 mm/rev、
穴深さ: 8 mm、
の条件での鋳鉄の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は100m/min.)、
本発明被覆ドリル4〜6および従来被覆ドリル4〜6については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S55Cの板材、
切削速度: 130 m/min.、
送り: 0.25 mm/rev、
穴深さ: 15 mm、
の条件での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は80m/min.)、
本発明被覆ドリル7,8および従来被覆ドリル7,8については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度: 100 m/min.、
送り: 0.25 mm/rev、
穴深さ: 28 mm、
の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は60m/min.)、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験(水溶性切削油使用)でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.3mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表11、表12にそれぞれ示した。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
(a)2〜10μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Al1−XCrX)N(ただし、原子比で、Xは0.2〜0.4を示す)を満足する蒸着形成されたAlとCrの複合窒化物層からなる下部層、
(b)上記AlとCrの複合窒化物層からなる下部層の表面に設けられ、0.3〜1μmの平均層厚を有する蒸着形成されたAlとCrの合金層からなる表面層、
上記(a)、(b)で構成された硬質被覆層を備えた、高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006142106A JP2007307690A (ja) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006142106A JP2007307690A (ja) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009028800A (ja) * | 2007-07-24 | 2009-02-12 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
JP2009095915A (ja) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0941127A (ja) * | 1995-08-03 | 1997-02-10 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜 |
JP2002307129A (ja) * | 2001-04-10 | 2002-10-22 | Hitachi Metals Ltd | 潤滑剤付着性および耐摩耗性に優れた温熱間加工用被覆工具 |
-
2006
- 2006-05-22 JP JP2006142106A patent/JP2007307690A/ja active Pending
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JPH0941127A (ja) * | 1995-08-03 | 1997-02-10 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜 |
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