JP2008521628A - 耐摩耗性を要する短穴ドリル加工用の超硬合金インサート - Google Patents
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Abstract
本発明は、高速かつ中程度の送りで鋼に短穴をドリル加工するのに特に適した被膜付き超硬合金インサートに関する。このインサートは、結合相含有量が高く立方晶炭化物が実質的に存在しない厚さ２０μｍ未満の表面領域Ａを有し、刃先をほぼ２等分する直線Ｃに沿って、刃先からインサート内部に向かう方向に、結合相含有量がほぼ単調に増加してバルク組成に到達する。vol％表示した刃先での結合相含有量はバルクの結合相含有量の０．６５〜０．７５倍であり、結合相欠乏領域の深さは１００〜３００μｍである。このインサートを被覆する被膜は、第１層すなわち最内層がＴｉＣｘＮｙＯｚで等軸粒または柱状粒であり、粒径＜０．５μｍ、第２層がＴｉＣｘＮｙＯｚで粒径＜５μｍ程度の柱状粒であり、第３層がＴｉＣｘＮｙＯｚで粒径≦５μｍの等軸粒または針状粒であり、外層が平滑でテクスチャを有する微粒であるＣＸ−Ａｌ２Ｏ３層で測定長さ０．２５ｍｍでの表面粗さ（Ｒａ）０．３ｍｍ未満である。
Description
本発明は、鋼に高速かつ中送りで短穴をドリル加工するのに特に有用な被膜付き切削工具インサートに関する。
金属のドリル加工には、大別して長穴ドリル加工と短穴ドリル加工の２つのタイプがある。短穴ドリル加工とは、一般にドリル径の３〜５倍までの深さのドリル加工を指す。
長穴ドリル加工に必要なのは、良好なチップ生成、潤滑、冷却、チップ排出である。そのために開発されたドリル加工システムは、特別に設計されたドリルヘッドをドリルロッドに固定して上記の要求を満たすようにしてある。
短穴ドリル加工の場合は、上記の必要性はさほど大きくないので、単純な螺旋ドリルを用いることができ、この螺旋ドリルは、超硬合金単体や工具鋼単体で形成されているものもあり、あるいは、工具鋼に多数の超硬合金切削インサートを配設して全体として所要の切れ刃を構成したものもある。ヘッドの中心部に高靭性のインサートを用い、周縁部に高耐摩耗性のインサートを用いる。切削インサートはロウ付けされるか機械的にクランプされる。
アメリカ合衆国特許第５，７８６，０６９号およびアメリカ合衆国特許第５，８６３，６４０号には、表面領域の結合相含有量が高く且つ結合相のＷ含有量が高い被膜付き切削工具インサートが開示されている。
本発明の目的は、周縁部と中心部のインサート寿命のバランスを確保して高速加工が可能な被膜付き切削工具インサートを提供することである。
図１は、本発明により傾斜焼結したインサートの刃先の断面を模式的に示しており、図中において、
Ａ＝結合相含有量が高い表層
Ｂ＝刃先近傍領域
Ｃ＝刃先をほぼ二等分する直線
である。
Ａ＝結合相含有量が高い表層
Ｂ＝刃先近傍領域
Ｃ＝刃先をほぼ二等分する直線
である。
種々の特徴を組み合わせることで、超硬合金インサートの塑性変形抵抗および靭性を同時に大幅に向上する。超硬合金インサートの切削性能を向上させるには、コバルト結合相に多量のＷを添加し、立方晶炭化物を実質的に含有せず結合相含有量が高い表面領域Ａを所定の厚さおよび組成で設け、刃先近傍領域Ｂの立方晶炭化物の組成を最適化し、インサートに厚さ３〜１２μｍの柱状Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）層と、その上の厚さ２〜１２μｍのＡｌ２Ｏ３層（例えばアメリカ合衆国特許第５，７６６，７８２号、アメリカ合衆国特許第５，６５４，０３５号、アメリカ合衆国特許第５，６７４，５６４号、または、アメリカ合衆国特許第５，７０２，８０８号の方法で形成）と、場合によっては更に最上層として厚さ０．５〜４μｍのＴｉＮ層とを被覆する。Ａｌ２Ｏ３層は切削中に効果的な熱障壁として作用することにより、熱に影響される性質である塑性変形抵抗を高めるだけでなく、超硬合金インサートのクレータ摩耗抵抗をも高める。更に、ＳｉＣ基のナイロンブラシでブラッシングしたり、Ａｌ２Ｏ３粒で緩くブラストをかけたりすることで、刃先に沿って被膜を平滑化することにより、切削性能のうち特に被膜の耐剥離性（フレーキング抵抗）を更に高めることができる（アメリカ合衆国特許第５，８６１，２１０号を参照）。
本発明により提供される被膜付き超硬合金インサートは、表面領域Ａ（図１）が、厚さが２０μｍ以下、望ましくは５〜１５μｍで、実質的に立方晶炭化物を含まず結合相含有量が高くバルクの結合相含有量の１．２〜３．０倍の平均結合相含有量（体積率）を有する。塑性変形抵抗を高めると同時に刃先の脆化を回避するために、領域Ｂ（図１）の化学組成を最適化してある。直線Ｃ（図１）に沿って、刃先からインサートの中心に向かう方向に、結合相含有量はほぼ単調に増加してバルク組成に到達する。刃先の結合相含有量は０．６５〜０．７５％であり、望ましくはバルクの結合相含有量の約０．７倍である。同様に、立方晶炭化物相の含有量は直線Ｃに沿って、バルクの含有量の約１．３倍から減少してゆく。結合相が欠乏し立方晶炭化物が富化している深さは直線Ｃに沿って１００〜３００μｍ、望ましくは１５０〜２５０μｍである。
結合相には多量のＷを添加してある。結合層のＷ含有量は下記のように表わされる。
ＣＷ比＝Ｍｓ／（wt％コバルト×０．０１６１）
ここで、Ｍｓは超硬合金ボディの飽和磁化（ｈＡｍ２／ｋｇ）であり、wt％Ｃｏは超硬合金のＣｏ含有量（質量％）である。ＣＷ比は１以下の値であり、ＣＷ比が低いほど結合相中のＷ含有量が高い。本発明による新規な知見では、切削性能を向上させるためには、ＣＷ比は０．７５〜０．９０、望ましくは０．８０〜０．８５である。
ここで、Ｍｓは超硬合金ボディの飽和磁化（ｈＡｍ２／ｋｇ）であり、wt％Ｃｏは超硬合金のＣｏ含有量（質量％）である。ＣＷ比は１以下の値であり、ＣＷ比が低いほど結合相中のＷ含有量が高い。本発明による新規な知見では、切削性能を向上させるためには、ＣＷ比は０．７５〜０．９０、望ましくは０．８０〜０．８５である。
本発明の適用可能な超硬合金の組成は、Ｃｏから成る結合相が４〜７wt％、周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、またはＶＩａ族の金属の立方晶炭化物が７〜１０wt％、望ましくはＴｉ、Ｔａ、およびＮｂがそれぞれ１wt％以上、そして残部がＷＣである。ＷＣの平均粒径は、１．０〜４．０μｍ、望ましくは２．０〜３．０μｍである。超硬合金ボディは、η相（Ｍ６Ｃ）を少量、１vol％未満、含有していて良い。
本発明の被膜は下記を含む。
◆ 第１層すなわち最内層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋Ｚ＝１、望ましくはｚ＜０．５、厚さ０．１〜２μｍ、粒径＜０．５μｍの等軸粒または柱状粒
◆ 第２層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、望ましくはｚ＝０でｘ＞０．３かつｙ＞０．３、厚さ４〜７μｍ、粒径＜５μｍ程度、望ましくは＜２μｍ程度の柱状粒
◆ 第３層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ≦０．５、望ましくはｚ＞０．１、厚さ０．１〜２μｍ、粒径≦０．５μｍの等軸粒又は針状粒、この層は最内層と同じか異なる
◆ 外層：平滑でテクスチャを持ち微粒（粒径１μｍ程度）のαＡｌ２Ｏ３層、厚さ３〜６μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．３ｍｍ未満（測定長さ０．２５ｍｍ）
◆ 任意の最外層：ＴｉＮ、厚さ０．５〜４μｍ
上記の特徴に加えて、αＡｌ２Ｏ３層は結晶成長の優先方位が（０１２）方向、（１０４）方向、（１１０）方向のいずれか、望ましくは（０１２）方向であり、これらの方位はＸ線回折（ＸＲＤ）測定により求められる。テクスチャ係数ＴＣは下記のように定義される。
◆ 第２層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、望ましくはｚ＝０でｘ＞０．３かつｙ＞０．３、厚さ４〜７μｍ、粒径＜５μｍ程度、望ましくは＜２μｍ程度の柱状粒
◆ 第３層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ≦０．５、望ましくはｚ＞０．１、厚さ０．１〜２μｍ、粒径≦０．５μｍの等軸粒又は針状粒、この層は最内層と同じか異なる
◆ 外層：平滑でテクスチャを持ち微粒（粒径１μｍ程度）のαＡｌ２Ｏ３層、厚さ３〜６μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．３ｍｍ未満（測定長さ０．２５ｍｍ）
◆ 任意の最外層：ＴｉＮ、厚さ０．５〜４μｍ
上記の特徴に加えて、αＡｌ２Ｏ３層は結晶成長の優先方位が（０１２）方向、（１０４）方向、（１１０）方向のいずれか、望ましくは（０１２）方向であり、これらの方位はＸ線回折（ＸＲＤ）測定により求められる。テクスチャ係数ＴＣは下記のように定義される。
ＴＣ(hkl)＝[I(hkl)/I０(hkl)]｛(1/n)Σ[I(hkl)/I０(hkl)]｝−１
ここで、I(hkl)＝(hkl)反射の測定強度
I０(hkl)＝ASTM標準粉末パタン回折データの標準強度
ｎ＝計算に用いた反射の数。用いた(hkl)反射：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）
本発明においては、（０１２）面、（１０４）面、（１１０）面のセットについてのＴＣは１．３より大、望ましくは１．５より大である。
ここで、I(hkl)＝(hkl)反射の測定強度
I０(hkl)＝ASTM標準粉末パタン回折データの標準強度
ｎ＝計算に用いた反射の数。用いた(hkl)反射：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）
本発明においては、（０１２）面、（１０４）面、（１１０）面のセットについてのＴＣは１．３より大、望ましくは１．５より大である。
本発明は更に、Ｃｏ結合相と、ＷＣと、立方晶炭窒化物相とから成る超硬合金基材であって、結合相含有量が高く立方晶相を実質的に含まない表面領域を有する基材と被膜とを備えた切削工具インサートの作製方法をも提供する。用いる粉末混合物は、Ｃｏから成る結合相２〜１０wt％、望ましくは４〜７wt％と、周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、またはＶＩａ族の金属の立方晶炭化物４〜１２wt％、望ましくは７〜１０wt％と、望ましくはＴｉ、Ｔａ、およびＮｂを各々１wt％以上と、残部ＷＣとを含み、平均粒径１．０〜４．０μｍ、望ましくは２．０〜３．０μｍである。窒素含有量の制御は、炭窒化物としての粉末添加量および／または焼結処理中に焼結ガス雰囲気により行なう。窒素添加量によって、焼結処理中の立方晶相の溶け込み率が決まり、その結果、焼結処理後（全体固化後）の超硬合金内の全体的な元素分布が決まる。窒素の最適添加量は、超硬合金の組成に依存し、特に立方晶の量に依存しており、周期律表のＩＶａ族およびＶａ族の元素の質量に対して０．９〜１．７wt％、望ましくは約１．１〜１．４wt％の範囲内で変化する。厳密な条件は、用いる焼結設備の仕様にある程度依存する。当業者にとって、必須の表面領域ＡおよびＢが得られているか否かを確認することも、望みの結果を得るために本発明により窒素添加量および焼結処理を調整することも、容易に成し得る範囲内である。
現材料を成形助剤と、更に任意に所望ＷＣ比が得られるようにＷも混合し、得られた混合物を混練し、噴霧乾燥して所望の性質を持つ粉末材料とする。次に、この粉末材料を加圧成形し、焼結する。焼結は、約５ｋＰａに制御した雰囲気中にて、温度１３００〜１５００℃で行い、その後冷却する。縁丸め処理を含む従来の焼結後処理を施した後に、ＣＶＤ法またはＭＴＣＶＤ法により本発明の硬質耐摩耗被膜を被覆する。
本発明の方法によれば、ＷＣ−Ｃｏ系の基材に下記の被膜を被覆する。
◆ 第１層すなわち最内層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋Ｚ＝１、望ましくはｚ＜０．５、厚さ０．１〜２μｍ、粒径＜０．５μｍの等軸粒または柱状粒、公知のＣＶＤ法により被覆
◆ 第２層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、望ましくはｚ＝０でｘ＞０．３かつｙ＞０．３、厚さ２〜１０μｍ、望ましくは４〜７μｍ、粒径＜５μｍ程度、望ましくは＜２μｍ程度の柱状粒、被覆方法はＭＴＣＶＤ法（この層の炭素源および窒素源としてアセトニトリルを用い、温度範囲７００〜９００℃にて行なう）または高温ＣＶＤ法（１０００〜１１００℃）を用い、処理条件は柱状粒の層が成長するように選択するので一般に高圧処理（０．３〜１bar）、ただし、厳密な条件は、用いる設備仕様にある程度依存
◆ 第３層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ≦０．５、望ましくはｚ＞０．１、厚さ０．１〜２μｍ、粒径≦０．５μｍの等軸粒又は針状粒、公知のＣＶＤ法で被覆、この層は最内層と同じか異なる
◆ 外層：平滑でテクスチャを持つαＡｌ２Ｏ３層、厚さ２〜１０μｍ、望ましくは３〜６μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．３ｍｍ未満（測定長さ０．２５ｍｍ）、アメリカ合衆国特許第5,487,625号、同第5,851,687号、または同第5,766,782号による。
◆ 第２層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、望ましくはｚ＝０でｘ＞０．３かつｙ＞０．３、厚さ２〜１０μｍ、望ましくは４〜７μｍ、粒径＜５μｍ程度、望ましくは＜２μｍ程度の柱状粒、被覆方法はＭＴＣＶＤ法（この層の炭素源および窒素源としてアセトニトリルを用い、温度範囲７００〜９００℃にて行なう）または高温ＣＶＤ法（１０００〜１１００℃）を用い、処理条件は柱状粒の層が成長するように選択するので一般に高圧処理（０．３〜１bar）、ただし、厳密な条件は、用いる設備仕様にある程度依存
◆ 第３層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ≦０．５、望ましくはｚ＞０．１、厚さ０．１〜２μｍ、粒径≦０．５μｍの等軸粒又は針状粒、公知のＣＶＤ法で被覆、この層は最内層と同じか異なる
◆ 外層：平滑でテクスチャを持つαＡｌ２Ｏ３層、厚さ２〜１０μｍ、望ましくは３〜６μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．３ｍｍ未満（測定長さ０．２５ｍｍ）、アメリカ合衆国特許第5,487,625号、同第5,851,687号、または同第5,766,782号による。
ｚ＞０のＴｉＣｘＮｙＯｚ層を望む場合は、ＣＯ２および／またはＣＯを反応ガス混合物中に添加する。
〔実施例１〕
Ａ）本発明により、形式ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ、組成５．５wt％Ｃｏ、３．５wt％ＴａＣ、２．３wt％ＮｂＣ、２．１wt％ＴｉＣ、０．４wt％ＴｉＮ、残部ＷＣ、平均粒径２．５μｍの超硬合金ドリルインサートを作製した。窒素をＴｉ（Ｃ，Ｎ）として炭化物粉末に添加した。焼結を、１４５０℃で、Ａｒ、ＣＯ、少量のＮ２、合計圧力約５ｋＰａの制御雰囲気中にて行った。
Ａ）本発明により、形式ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ、組成５．５wt％Ｃｏ、３．５wt％ＴａＣ、２．３wt％ＮｂＣ、２．１wt％ＴｉＣ、０．４wt％ＴｉＮ、残部ＷＣ、平均粒径２．５μｍの超硬合金ドリルインサートを作製した。窒素をＴｉ（Ｃ，Ｎ）として炭化物粉末に添加した。焼結を、１４５０℃で、Ａｒ、ＣＯ、少量のＮ２、合計圧力約５ｋＰａの制御雰囲気中にて行った。
金属組織観察を行なった結果、上記作製した超硬合金インサートは厚さ１０μｍの立方晶炭化物不在領域Ａを有する。領域Ｂと直線Ｃ沿いに（図１）イメージ分析法を用いて相構成を求めた。この測定は、インサートの研磨断面上約４０×４０μｍの区域で直線Ｃに沿ってゆっくりと移動しながら行なった。相構成は体積率で求めた。この分析の結果、領域Ｂのコバルト含有量はバルクのコバルト含有量の０．７倍であり、立方晶炭化物含有量はバルクの立方晶炭化物含有量の１．３倍であった。バルクの含有量もイメージ分析法により行なった。刃先からインサート内部に向かって直線Ｃに沿って、Ｃｏ含有量は徐々に増加し、立方晶炭化物含有量は徐々に減少していた。磁気飽和値を記録し、ＣＷ比の算出に用いた。平均ＣＷ比０．８４が得られた。
ＭＴＣＶＤ法（処理温度８５０℃）を用いて、インサートに、先ず厚さ０．５μｍの等軸粒Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）層を、次いで厚さ５μｍの柱状粒Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）層を被覆した。同一処理サイクルの次工程において、厚さ１μｍの等軸粒ＴｉＣｘＮｙＯｚ層（大略でｘ＝０．６、ｙ＝０．２、ｚ＝０．２）を被覆し、次いで厚さ４μｍで（０１２０）テクスチャを持つαＡｌ２Ｏ３層をアメリカ合衆国特許第5,487,625号の条件で被覆した。Ｘ線回折測定によるとテクスチャ係数ＴＣ（０１２０）は１．５であった。被覆処理後のインサートは湿式ブラスト処理により平滑化した。
〔実施例２〕
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品３０４０のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品３０４０のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
ワーク材料：低合金鋼ＳＳ２５４１−０３、ＨＢ２８５
エマルジョン：Ｂｌａｓｏｃｕｔ ＢＣ２５、７％
加工方法：貫通穴、４８ｍｍ
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２４ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： １５ｍより大
比較用インサート ： ５ｍ
エマルジョン：Ｂｌａｓｏｃｕｔ ＢＣ２５、７％
加工方法：貫通穴、４８ｍｍ
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２４ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： １５ｍより大
比較用インサート ： ５ｍ
〔実施例３〕
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販鋼３０４０のインサートと比較した。供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販鋼３０４０のインサートと比較した。供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
ワーク材料：低合金鋼ＳＳ２５４１−０３、ＨＢ２８５
エマルジョン：Ｂｌａｓｏｃｕｔ ＢＣ２５、７％
加工方法：貫通穴、４８ｍｍ
切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２４ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： ６ｍ
比較用インサート ： ８．４ｍ
エマルジョン：Ｂｌａｓｏｃｕｔ ＢＣ２５、７％
加工方法：貫通穴、４８ｍｍ
切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２４ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： ６ｍ
比較用インサート ： ８．４ｍ
〔実施例４〕
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品３０４０のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品３０４０のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
ワーク材料：低合金鋼ＳＳ２５４１−０３、ＨＢ３３０〜３４０
エマルジョン：Ｂｌａｓｏｃｕｔ ＢＣ２５、７％
加工方法：貫通穴、４８ｍｍ
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２３ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： １５．４ｍ
比較用インサート ： ７ｍ
エマルジョン：Ｂｌａｓｏｃｕｔ ＢＣ２５、７％
加工方法：貫通穴、４８ｍｍ
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２３ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： １５．４ｍ
比較用インサート ： ７ｍ
〔実施例５〕
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品４０２５のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品４０２５のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
ワーク材料：低合金鋼ＳＳ２５４１−０３、ＨＢ４００
エマルジョン：Ｃｏｏｌｅｄｇｅ ５、５０bar
加工方法：貫通穴、３０ｍｍ
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２４ｍｍ、２ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： ８．５ｍ
比較用インサート ： ５．３ｍ
エマルジョン：Ｃｏｏｌｅｄｇｅ ５、５０bar
加工方法：貫通穴、３０ｍｍ
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１０ｍｍ／ｒ
ドリル：直径２４ｍｍ、２ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０８０７Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： ８．５ｍ
比較用インサート ： ５．３ｍ
〔実施例６〕
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品３０４０のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
実施例１で作製したインサートについて、短穴ドリル加工における耐摩耗性を試験し、サンドビックの市販品３０４０のインサートと比較した。各供試インサートをドリルヘッドの周縁部に機械的にクランプした。中心部には、スエーデン特許出願ＳＥ０５００２３４−０の実施例１により高靭性鋼のインサートを用いた。工具寿命の判定基準：側面摩耗、クレータ摩耗、チッピングのいずれかが０．２５を超えた場合。
ワーク材料：低合金鋼ＳＳ２５４１−０３、ＨＢ２８５
エマルジョン：Ｓｙｎｔｉｌｏ ＸＰＳ、７％
加工方法：貫通穴、４０ｍｍ
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１２ｍｍ／ｒ
ドリル：直径１６．５ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０６０２Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： ７．５ｍ
比較用インサート ： ３．５ｍ
エマルジョン：Ｓｙｎｔｉｌｏ ＸＰＳ、７％
加工方法：貫通穴、４０ｍｍ
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１２ｍｍ／ｒ
ドリル：直径１６．５ｍｍ、３ＸＤ
インサート形式：ＣｏｒｏＤｒｉｌｌ８８０、ＵＳ０６０２Ｐ−ＧＭ
＜試験結果＞ 工具寿命でのドリル加工長さ
本発明のインサート： ７．５ｍ
比較用インサート ： ３．５ｍ
Ａ 結合相含有量が高い表層
Ｂ 刃先近傍領域
Ｃ 刃先をほぼ二等分する直線
Ｂ 刃先近傍領域
Ｃ 刃先をほぼ二等分する直線
Claims (10)
- 超硬合金ボディと被膜とを含み、高速で中程度の送りで鋼に短穴をドリル加工するのに特に適した切削工具インサートにおいて、
◆ 上記超硬合金ボディは、平均粒径１．０〜４．０μｍのＷＣと、Ｃｏ４〜７wt％と、周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、またはＶＩａ族の金属の立方晶炭化物７〜１０wt％とから成り、ＩＶａ族およびＶａ族の元素の質量の１．１〜１．４wt％の量のＮが添加されており、
◆ Ｃｏ結合相はＣＷ比０．７５〜０．９０となる多量のＷを添加されており、
◆ 上記超硬合金ボディは、結合相含有量が高く立方晶炭化物の存在しない、厚さ５〜１５μｍの表面領域Ａを備えており、
◆ 上記超硬合金ボディは、刃先を２等分する直線Ｃに沿って、刃先からインサート内部に向かう方向に、vol％表示の結合相含有量がバルク結合相含有量の０．６５〜０．７５倍である刃先から該バルク結合相含有量まで単調に増加しており、結合相欠乏領域の深さが１００〜３００μｍであり、
上記被膜は、
◆ 第１層すなわち最内層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋Ｚ＝１、望ましくはｚ＜０．５、厚さ０．１〜２μｍ、粒径＜０．５μｍの等軸粒または柱状粒
◆ 第２層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、望ましくはｚ＝０でｘ＞０．３かつｙ＞０．３、厚さ４〜７μｍ、粒径＜５μｍ程度、望ましくは＜２μｍ程度の柱状粒
◆ 第３層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ≦０．５、望ましくはｚ＞０．１、厚さ０．１〜２μｍ、粒径≦０．５μｍの等軸粒又は針状粒、この層は最内層と同じか異なる
◆ 外層：平滑でテクスチャを持ち粒径１μｍ程度の微粒のαＡｌ２Ｏ３層、厚さ３〜６μｍ、測定長さ０．２５ｍｍでの表面粗さＲａ０．３ｍｍ未満
を含むことを特徴とする被膜付き切削工具インサート。 - 請求項１において、上記αＡｌ２Ｏ３層は結晶成長の優先方位が（０１２）方向、（１０４）方向または（１１０）方向、望ましくは（０１２）方向であり、該方位はＸ線回折測定により求められ、（０１２）面、（１０４）面または（１１０）面のセットについてのＴＣが１．３より大、望ましくは１．５より大であり、該ＴＣは、
ＴＣ(hkl)＝[I(hkl)/I０(hkl)]｛(1/n)Σ[I(hkl)/I０(hkl)]｝−１
ここで、I(hkl)＝(hkl)反射の測定強度
I０(hkl)＝ASTM標準粉末パタン回折データの標準強度
ｎ＝計算に用いた反射の数。用いた(hkl)反射：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）
により定義されることを特徴とする切削工具インサート。 - 請求項１または２において、最外層：ＴｉＮ、厚さ０．５〜４μｍを備えていることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から３までのいずれか１項において、刃先がブラッシングまたはブラスト処理により平滑化されていることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から４までのいずれか１項において、平均ＷＣ粒径が２．０〜３．０μｍであることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から５までのいずれか１項において、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂを各々１wt％より多く含有していることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から６までのいずれか１項において、刃先でのvol％表示の結合相含有量がバルクの結合相含有量の０．７倍であることを特徴とする切削工具インサート。
- 請求項１から７までのいずれか１項において、結合相欠乏領域の深さが１５０〜２５０μｍであることを特徴とする切削工具インサート。
- 結合相含有量の高い表面領域を備えた超硬合金基材であって、Ｃｏの結合相と、ＷＣと、立方晶炭窒化物相とから成なり、該結合相含有量の高い表面領域は上記立方晶炭窒化物が存在せず且つインサート全体に均一な厚さである、上記基材を備えた切削工具インサートを作製する方法において、
ＷＣと、Ｃｏ４〜７wt％と、周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、またはＩＶａ族の金属の立方晶炭化物７〜１０wt％とを含む粉末混合物を形成し、その際に上記ＩＶａ族およびＶａ族の元素の質量の１．１〜１．４倍の量のＮを添加し、
上記各粉末を成形助剤と、更に所望のＣＷ比０．７５〜０．９０が得られるように任意にＷも混練し、
得られた混合物を加圧成形し、噴霧乾燥して所望の性質の粉末材料とし、
上記粉末材料を加圧成形し、温度１３００〜１５００℃で、約５ｋＰａの制御された雰囲気中にて焼結し、その後に冷却し、
縁部の丸め処理を含む従来の焼結後処理を行ない、
下記の硬質耐摩耗被膜を被覆する。
◆ 第１層すなわち最内層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋Ｚ＝１、望ましくはｚ＜０．５、厚さ０．１〜２μｍ、粒径＜０．５μｍの等軸粒または柱状粒、公知のＣＶＤ法により被覆
◆ 第２層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、望ましくはｚ＝０でｘ＞０．３かつｙ＞０．３、厚さ２〜１０μｍ、望ましくは４〜７μｍ、粒径＜５μｍ、望ましくは＜２μｍの柱状粒、被覆方法はＭＴＣＶＤ法（この層の炭素源および窒素源としてアセトニトリルを用い、温度範囲７００〜９００℃にて行なう）または高温ＣＶＤ法（１０００〜１１００℃）を用い、処理条件は柱状粒の層が成長するように選択するので一般に０．３〜１barの高圧処理
◆ 第３層：ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｚ≦０．５、望ましくはｚ＞０．１、厚さ０．１〜２μｍ、粒径≦０．５μｍの等軸粒又は針状粒、公知のＣＶＤ法で被覆、この層は最内層と同じか異なる
◆ 外層：平滑でテクスチャを持つαＡｌ２Ｏ３層、厚さ２〜１０μｍ、望ましくは３〜６μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．３ｍｍ未満（測定長さ０．２５ｍｍ）。 - 請求項９において、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂを各々１wt％より多量に含有することを特徴とする方法。
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