JP2010247274A - 被覆チェザー - Google Patents

被覆チェザー Download PDF

Info

Publication number
JP2010247274A
JP2010247274A JP2009099476A JP2009099476A JP2010247274A JP 2010247274 A JP2010247274 A JP 2010247274A JP 2009099476 A JP2009099476 A JP 2009099476A JP 2009099476 A JP2009099476 A JP 2009099476A JP 2010247274 A JP2010247274 A JP 2010247274A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
coated
film thickness
chaser
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009099476A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5434218B2 (ja
Inventor
Yusuke Hirano
雄亮 平野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tungaloy Corp
Original Assignee
Tungaloy Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tungaloy Corp filed Critical Tungaloy Corp
Priority to JP2009099476A priority Critical patent/JP5434218B2/ja
Publication of JP2010247274A publication Critical patent/JP2010247274A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5434218B2 publication Critical patent/JP5434218B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

【課題】
本発明は優れた耐チッピング性と耐塑性変形性を有し工具寿命の長寿命化を達成できる被覆チェザーを提供する。
【解決手段】
超硬合金基材と超硬合金基材の表面に被覆された被膜とを備え、超硬合金基材はCoを4.5〜5.5重量%含有し、被膜は、超硬合金基材の表面に被覆されたTiNからなる平均膜厚0.2〜0.6μmの第1層と、第1層の表面に被覆されたTiCNからなる平均膜厚0.5〜1.5μmの第2層と、第2層の表面に被覆されたTiN、TiCO、TiCNO、TiAlCOおよびTiAlCNOの中の少なくとも1種からなる平均膜厚0.2〜0.5μmの第3層と、第3層の表面に被覆されたα型Al23からなる平均膜厚0.2〜1.0μmの第4層とから構成され、被膜の総膜厚の平均値は1.5〜2.5μmである被覆チェザー。
【選択図】なし

Description

本発明は、ネジの切削加工に適した被覆チェザーに関するものである。
油井管と油井管を接続用継手で接続するために、油井管の両端の外径側と接続用継手の内径側にはネジ切り加工が行われている。また、それらの接続部を保護するためのプロテクタもネジ切り加工が行われている。このようなネジ切り加工に用いられるチェザーの従来技術としては、超硬合金基材の表面に、下層からTiC層、Al23層、TiN層の3層から成るコーティングを有する管ねじ切り用チップがある(例えば、特許文献1参照。)。また、超硬合金の基材と、チタン化合物の被覆膜とを具えた被覆チェザーがある(例えば、特許文献2参照。)。
特開平5−277809号公報 特開2005−118925号公報
油井管の両端の外形ネジ切り加工や接続用継手の内径ネジ切り加工では、ネジ寸法精度、仕上げ面性状に対する要求が厳しく、チェザーに大きな摩耗、チッピング、フレーキングが生じると被削材の寸法が規格を外れ、工具寿命とみなされる。このとき加工面に異常(スジの発生、加工面の白濁など)が見られることがある。
特許文献1に記載される管ねじ切り用チップや特許文献2に記載されている被覆チェザーはチッピングを生じやすく工具寿命が短いという問題がある。近年、切削速度の高速化が求められているが、切削速度を高速化するとチェザーは塑性変形を生じやすく工具寿命が低下する傾向にある。そこで、本発明は工具寿命が長い被覆チェザーを提供することを目的とする。
本発明者は被覆チェザーが工具寿命に至るまでの損傷メカニズムを研究したところ、チタン化合物からなる最外層の表面に被削材が溶着し、溶着物が剥がれるときに被膜の剥離が生じ、被膜が剥離したところが起点となってチッピングを生じることが分かった。このような損傷メカニズムを抑制させるためには最外層をチタン化合物よりも化学的に安定なα型Al23にするとよいことが分かった。また、切削速度の高速化による被覆チェザーの塑性変形に対しては、被覆チェザーの超硬合金基材のCo量を4.5〜5.5重量%とすることで被覆チェザーの塑性変形を抑えることが可能となった。
すなわち、本発明の被覆チェザーは、超硬合金基材と超硬合金基材の表面に被覆された被膜とからなり、超硬合金基材はCoを4.5〜5.5重量%含有し、被膜は、超硬合金基材の表面に被覆されたTiNからなる平均膜厚0.2〜0.6μmの第1層と、第1層の表面に被覆されたTiCNからなる平均膜厚0.5〜1.5μmの第2層と、第2層の表面に被覆されたTiN、TiCO、TiCNO、TiAlCOおよびTiAlCNOの中の少なくとも1種からなる平均膜厚0.2〜0.5μmの第3層と、第3層の表面に被覆されたα型Al23からなる平均膜厚0.2〜1.0μmの第4層とから構成され、被膜の総膜厚の平均値は1.5〜2.5μmであるものである。
本発明の被覆チェザーは、超硬合金基材と超硬合金基材の表面に被覆された被膜とからなる。本発明の超硬合金基材は、WC粉末とCo粉末とからなる混合粉末、または、WC粉末と周期表4a、5a、6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種の粉末とCo粉末とからなる混合粉末を焼結して得られた超硬合金である。本発明の超硬合金基材は、WCからなる硬質相と結合相、または、WCと周期表4a、5a、6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種とからなる硬質相と結合相とで構成される。本発明の超硬合金基材は4.5〜5.5重量%のCoを含有する。Co量が4.5重量%未満であると、靭性が低下し、欠損やフレーキングが生じやすくなり、5.5重量%を超えて多くなると、硬さが低下し、耐塑性変形性が低下する。そのため、超硬合金基材に含まれるCo量を4.5〜5.5重量%とした。
本発明の被膜は、超硬合金基材の表面に被覆されており、基材側からTiNからなる平均膜厚0.2〜0.6μmの第1層と、第1層の表面に被覆されたTiCNからなる平均膜厚0.5〜1.5μmの第2層と、第2層の表面に被覆されたTiN、TiCO、TiCNO、TiAlCOおよびTiAlCNOの少なくとも1種からなる平均膜厚0.2〜0.5μmの第3層と、第3層の表面に被覆されたα型Al23からなる平均膜厚0.2〜1.0μmの第4層とから構成され、被膜の総膜厚の平均値は1.5〜2.5μmである。
本発明の被膜の総膜厚の平均値を1.5〜2.5μmとしたのは、1.5μm未満では耐摩耗性が低下し、2.5μmを超えて厚くなると被膜の剥離によるチッピングが発生しやすくなるためである。
本発明の第1層のTiNは超硬合金基材と被膜との密着性を向上させる。TiNからなる第1層の平均膜厚が0.2μm未満になると、超硬合金基材と被膜との密着性が低下し、TiNからなる第1層の平均膜厚が0.6μmを超えて厚くなると被膜の剥離を原因としたチッピングが発生しやすくなる。そのため、TiNからなる第1層の平均膜厚を0.2〜0.6μmとした。
本発明の第2層のTiCNは耐摩耗性を向上させる。TiCNからなる第2層の平均膜厚が、0.5μm未満になると耐摩耗性が低下し、TiCNからなる第2層の平均膜厚が1.5μmを超えて厚くなると被膜の剥離を原因としたチッピングが発生しやすくなる。そのため、TiCNからなる第2層の平均膜厚を0.5〜1.5μmとした。
本発明の第3層のTiN、TiCO、TiCNO、TiAlCOおよびTiAlCNOの中の少なくとも1種は、第2層のTiCNと第4層のα型Al23との密着性を向上させる。TiCN膜の表面に直接Al23膜を被覆するとAl23膜が剥離しやすいが、本発明の第3層を被覆すると第4層のα型Al23の密着性が高くなる。本発明の第3層の平均膜厚が0.2μm未満になると、TiCNからなる第2層の表面に均一に成膜されていない箇所が生じてα型Al23からなる第4層との密着性が低下し、本発明の第3層の平均膜厚が0.5μmを超えて厚くなると被膜の剥離を原因としたチッピングが発生しやすくなる。そのため、本発明の第3層の平均膜厚を0.2〜0.5μmとした。
本発明の第4層のα型Al23は、TiC、TiCN、TiNなどのチタン化合物よりも生成自由エネルギーが低く化学的に安定である。そのため溶着しにくいので被膜の剥離が起きにくい。そのため、被膜が剥離したところを起因にしたチッピングが発生しにくくなる。α型Al23からなる第4層の平均膜厚が0.2μm未満になると耐溶着性が低下してチッピングが発生しやすくなり、α型Al23からなる第4層の平均膜厚が1.0μmを超えて厚くなると被膜の剥離を原因としたチッピングが発生しやすくなる。そのため、α型Al23からなる第4層の平均膜厚を0.2〜1.0μmとした。
本発明の被覆チェザーは、最外層を化学的に安定なα型Al23とすることで耐溶着性と耐チッピング性に優れ長時間に亘り優れた切削性能を発揮する。本発明の被覆チェザーは超硬合金基材のCo量を4.5〜5.5重量%とすることで、優れた耐塑性変形性を発揮する。これらの作用により本発明の被覆チェザーは工具寿命が長いという優れた効果が得られる。また、本発明の被覆チェザーを用いるとネジ寸法精度や仕上げ面性状が良好になるという効果が得られる。
表1に示す配合組成の混合粉末を真空中にて1400℃で1時間焼結して得られた超硬合金を油井管プレミアムジョイント(高級ネジ)用の1山チェザー形状に加工して、それを基材とした。
Figure 2010247274
この基材を洗浄した後、外熱式化学蒸着装置を用い、原料ガスは99.5体積%以上の高純度ガスを使用し、従来から用いられている化学蒸着法により、表2に示す膜構成になるように被覆して発明品1〜5、比較品1〜8の被覆チェザーを作製した。
Figure 2010247274
表中の*印は本発明の特許請求の範囲を外れていることを示す。
発明品と比較品を用いて下記のネジ切り切削試験を行った。
[切削試験]
被削材:長さ400mm、外径194.5mm、厚さ13.7mmのアメリカ石油協会(API)規格P110グレード鋼管
加工形態:鋼管の端から150mmまでの範囲を内径ネジ切り加工した。なお、加工数は、鋼管の片端を加工できた場合を0.5個とし、鋼管の両端を加工できた場合を1個とした。
被削材の回転数:210rpm
切削速度:110〜117m/min
送り:5.08mm/rev.
切削雰囲気:湿式
工具寿命の判定基準:ネジ寸法が所定の規格値を超えるまでの加工数を工具寿命とした。
Figure 2010247274
表3に示すように、超硬合金基材のCo量が少ない比較品1、3はフレーキングが生じた。これは超硬合金基材の靭性が不足したことが原因と考えられる。超硬合金基材のCo量が多い比較品2、5は塑性変形が生じて工具寿命に至った。これは硬さが不足しているためと思われる。超硬合金基材のCo量が5.0重量%の発明品1と比較品4は、フレーキングと塑性変形を生じなかった。なお発明品1と比較品4を比較すると、最外層がα型Al23の発明品1の方が、最外層がTiNの比較品4よりも工具寿命が長かった。最外層がα型Al23の発明品1は正常摩耗であるが、最外層がTiNの比較品4はチッピングが発生した。これは、被削材の溶着を生じてチッピングが発生したためである。
最外層がκ型Al23の比較品6と最外層がα型Al23の発明品1とを比較すると、発明品1の方が比較品6よりも工具寿命は長い。比較品6はチッピングを起こしているが、これは切削温度の上昇によりκ型Al23がα型Al23に相変態して体積変化を起こし、被膜が剥離してチッピングが発生したと考えられる。
被膜の総膜厚が1.3μmの薄い比較品7は耐摩耗性が劣るので工具寿命が短い。逆に被膜の総膜厚が3.0μmの比較品8はチッピングが発生した。
本発明の被覆チェザーは、耐チッピング性および耐塑性変形性に優れ工具寿命が長い。その結果、ネジ切り加工におけるチェザー交換の時間ロスを大幅に低減することができ、ネジ切り加工の生産性を大幅に改善することができるので、産業上の利用可能性が高い。

Claims (1)

  1. 超硬合金基材と超硬合金基材の表面に被覆された被膜とからなり、超硬合金基材はCoを4.5〜5.5重量%含有し、被膜は、超硬合金基材の表面に被覆されたTiNからなる平均膜厚0.2〜0.6μmの第1層と、第1層の表面に被覆されたTiCNからなる平均膜厚0.5〜1.5μmの第2層と、第2層の表面に被覆されたTiN、TiCO、TiCNO、TiAlCOおよびTiAlCNOの中の少なくとも1種からなる平均膜厚0.2〜0.5μmの第3層と、第3層の表面に被覆されたα型Al23からなる平均膜厚0.2〜1.0μmの第4層とから構成され、被膜の総膜厚の平均値は1.5〜2.5μmである被覆チェザー。
JP2009099476A 2009-04-16 2009-04-16 被覆チェザー Active JP5434218B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009099476A JP5434218B2 (ja) 2009-04-16 2009-04-16 被覆チェザー

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009099476A JP5434218B2 (ja) 2009-04-16 2009-04-16 被覆チェザー

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010247274A true JP2010247274A (ja) 2010-11-04
JP5434218B2 JP5434218B2 (ja) 2014-03-05

Family

ID=43310211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009099476A Active JP5434218B2 (ja) 2009-04-16 2009-04-16 被覆チェザー

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5434218B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105269010A (zh) * 2014-06-30 2016-01-27 株洲钻石切削刀具股份有限公司 改善涂层结构的切削刀片及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10140353A (ja) * 1996-11-14 1998-05-26 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具
JPH11236671A (ja) * 1998-02-20 1999-08-31 Mitsubishi Materials Corp 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイ切削チップ
JP2007268656A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Sumitomo Metal Ind Ltd 切削工具およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10140353A (ja) * 1996-11-14 1998-05-26 Mitsubishi Materials Corp 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具
JPH11236671A (ja) * 1998-02-20 1999-08-31 Mitsubishi Materials Corp 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイ切削チップ
JP2007268656A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Sumitomo Metal Ind Ltd 切削工具およびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105269010A (zh) * 2014-06-30 2016-01-27 株洲钻石切削刀具股份有限公司 改善涂层结构的切削刀片及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5434218B2 (ja) 2014-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7691496B2 (en) Cutting tool having high toughness and abrasion resistance
JP2007075989A (ja) 物理蒸着法で被覆した切削工具
JP5679048B2 (ja) 被覆切削工具
US10711345B2 (en) Hard coating film for cutting tool
CN105965043B (zh) 一种涂覆切削工具及其制备方法
JP2012521300A (ja) Pvd被覆工具
EP2772330A1 (en) Diamond-coated tool
JP2004106183A (ja) 硬質皮膜被覆工具及びその製造方法
JP2007254777A (ja) 硬質被膜被覆タップ
CN109562461B (zh) 耐熔敷崩刀性及耐剥离性优异的表面包覆切削工具
JP5434218B2 (ja) 被覆チェザー
JP2004122269A (ja) 高速重切削ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具
JP2005212025A (ja) 表面被覆工具
JP2002370105A (ja) 酸化アルミニウム被覆工具
JP5896326B2 (ja) 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP2017144548A (ja) 表面被覆切削工具
WO2015129771A1 (ja) 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具
JP2004130514A (ja) 硬質皮膜被覆工具及びその製造方法
JP2002337002A (ja) 硬質皮膜被覆工具
JP5109199B2 (ja) 表面被覆切削工具
JP2008173737A (ja) 酸化アルミニウム被覆工具
JP2019166584A (ja) 硬質被覆層が優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
JP2010089184A (ja) 被覆切削工具基材
JP5569739B2 (ja) 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具
JP2014184522A (ja) 硬質被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆wc基超硬合金製切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120209

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130430

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130513

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131125

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5434218

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250