JP2014223722A - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
m、ロックウェル硬さ(HRA)が89.5〜90.5の超硬合金からなる。この範囲からなる本実施態様の切削工具は、耐熱合金の切削において、切刃における熱亀裂の発生を抑制し、耐摩耗性および耐欠損性がともに高くて、飛躍的に優れた切削性能を発揮する。
を主体とする結合相がWC相間を結合した組織からなる。結合相中にはタングステン(W)およびクロム(Cr)が含有されており、これらは固溶している。固溶しているか否かは走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)観察にて確認できる。本実施態様によれば、超硬合金の表面と内部との間に、結合相中のタングステンの含有比率が最大値を取る位置が存在する。結合相中のタングステンの含有比率は、超硬合金の表面から内部に向かって一旦増加し、最大値を取った後、内部に向かって減少する分布がよい。測定は、超硬合金の研磨加工がされていない表面を含む断面にて行われることが望ましく、例えば、切削工具の中央に設けられるネジ孔の内壁面を含む断面を用いて測定される。
また、本実施態様の切削工具では、超硬合金の表面に被覆層を被覆することができる。被覆層としては、例えば、平均厚みが0〜0.7μmのTiN層と、平均厚みが1〜3μmのTiCN層と、平均厚みが0〜0.1μmのTiCO、TiNOおよびTiCNOのうちのいずれかからなる中間層と、平均厚みが0.3〜0.7μmのAl2O3層と、平均厚みが0〜0.7μmのTiCxNy層(0<x、0.5≦y、x+y=1)からなる最表層とが順に積層されてなる。上述した構成の超硬合金に上記被覆層を被覆することによって、インコネル等のニッケル基合金のミリング加工にて長寿命な切削加工が可能となる。なお、本実施態様によれば、この被覆層はCVD法によって作製されている。
つAl2O3層がチッピングしにくい。中間層のより好適な範囲は、0.03〜0.08μmである。最表層は、切削工具の表面を金色として、切刃の未使用、使用済みの判定を容易にするために設けたものであり、0.3〜0.7μmであれば、目視で識別できる。また、本実施態様では、最表層の表面において、切刃ではTiCxNy結晶(0<x、0.5≦y、x+y=1)が粒状粒子からなるとともに、すくい面では針状粒子からなる。これによって、切刃においては、被覆層の表面での空隙が少なく、被覆層の摩耗が小さい。一方、すくい面では被覆層の表面に針状粒子が析出した構造なので、被覆層の表面での空隙が多く、被覆層の表面における切削液の保持力が向上する。その結果、加工によって発生する切屑の流れがスムーズになり、切刃における温度上昇を抑制することができる。なお、最表層には、酸素を全量中10質量%以下の割合で含有してもよい。さらに、本実施態様では、最表層は、基体側の炭素濃度が表面側の炭素濃度よりも高い構成となっている。これによって、すくい面においては、針状粒子が形成されるとともに、最表層の表面では金色になり、使用の識別がしやすい。なお、TiN層、中間層および最表層は省略することもできる。
また、被覆層としては上記構成に限定されるものではない。例えば、前記超硬合金の表面に、平均厚みが3.0〜5.5μmのTi1−a−bAlaMb(C1−xNx)(ただし、MはCr、Si、W、Mo、Ta、Hf、Nb、ZrおよびYから選ばれる少なくとも1種、0.2≦a≦0.7、0≦b≦0.4、0≦x≦1)からなる被覆層が被覆されてなる実施態様であってもよい。チタン合金やSUSのミリング加工にて長寿命な切削加工が可能となる。本実施態様によれば、この被覆層はPVD法によって作製されている。
た多層構造となっている。つまり、第1薄層と第2薄層との異なる組成の2層が数nm〜数十nmの厚みで交互に積層されている。これによって、被覆層内にクラックが進展することを抑制することができ、かつ被覆層全体が高硬度化して、耐摩耗性が向上する。
本発明の被覆工具を作製する方法について説明する。
まず、第1の実施態様である化学気相蒸着(CVD)法によって被覆層を成膜する方法の一例について説明する。
初めに、反応ガス組成として四塩化チタン(TiCl4)ガスを0.5〜10体積%、窒素(N2)ガスを10〜60体積%、残りが水素(H2)ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を800〜940℃、8〜50kPaの条件でTiN層を成膜する。
うことができる。また、上下の試料間の間隔と、左右の試料間の間隔を異ならせることによって、切刃およびすくい面におけるAl2O3層の厚みや最表層の結晶構造を異ならせることができる。
4体積%、H2S:0.3体積%、残りがH2の混合ガスを流してαAl2O3層を0.5μmの厚さで成膜した。最後に、1010℃、30Paの成膜条件で、TiCl4:3.0体積%、N2:30体積%、残りがH2の混合ガスを流して最表層を0.5μmの厚さで成膜した。最表層については、TiNを基本とする組成であったが、炭素(C)の拡散等による混入があり、TiCNとなっていた。
:4:10の矩形形状になるように切り出し、JISR1601およびJISR1625に準じて抗折力(3点曲げ強度)とワイブル係数を測定、算出した。結果は表2に示した。
(切削条件)
被削材 :インコネル718 角材
工具形状:PNMU1205ANER−GM(京セラ株式会社製インサート)
切削速度:40m/分
送り速度:0.15mm/刃
切り込み:2.0mm(軸方向)×10mm(径方向)
その他 :水溶性切削液使用
評価項目:各試料10コーナーずつ切削を行い欠損に至るまでの平均切削時間と、最短で欠損した時の切削時間を測定、算出した。また、切削時間5分まで加工できた試料については、切削時間5分における逃げ面摩耗量を測定した。
(切削条件)
被削材 :Ti−6Al−4V合金 角材
工具形状:PNMU1205ANER−SM(京セラ株式会社製インサート)
切削速度:60m/分
送り速度:0.25mm/刃
切り込み:2.0mm(軸方向)×10mm(径方向)
その他 :水溶性切削液使用
評価方法:欠損に至るまでの加工時間および加工時間30分後の切刃の状態
Claims (9)
- WC相を主体として、Coを11.5〜12.5質量%と、CrをCr3C2換算量で0.2〜0.6質量%との割合で含有してなり、前記WC相の平均粒径が0.85〜1.05μmであり、抗磁力(Hc)が13.0〜16.0kA/m、飽和磁化(Ms)が165〜200kA/mの超硬合金からなる切削工具。
- 抗折力が3.5GPa以上で、ワイブル係数が10以上である請求項1記載の切削工具。
- 破壊靭性値(K1C)が16MPa・m1/2以上である請求項1または2記載の切削工具。
- 前記Coは前記WC相間を結合する結合相中に存在するとともに、該結合相中にはタングステン(W)を含有し、前記超硬合金の表面と内部との間に、前記タングステンの含有比率が最大値を取る位置が存在する請求項1乃至3のいずれか記載の切削工具。
- 前記結合相中のタングステンの含有比率が最大値を取る位置が、前記表面から50〜200μmの範囲内にある請求項4記載の切削工具。
- 前記超硬合金の表面に被覆層を被覆してなる請求項1乃至5のいずれか記載の切削工具。
- 前記超硬合金の表面に、平均厚みが0〜0.7μmのTiN層と、平均厚みが1〜3μmのTiCN層と、平均厚みが0〜0.1μmのTiCO、TiNOおよびTiCNOのうちのいずれかからなる中間層と、平均厚みが0.3〜0.7μmのAl2O3層と、平均厚みが0〜0.7μmのTiCxNy層(0<x、0.5≦y、x+y=1)からなる最表層とが、前記基体側から順に積層されてなる請求項6記載の切削工具。
- 前記超硬合金の表面に、平均厚みが3.0〜5.5μmのTi1−a−bAlaMb(C1−xNx)(ただし、MはCr、Si、W、Mo、Ta、Hf、Nb、ZrおよびYから選ばれる少なくとも1種、0.2≦a≦0.7、0≦b≦0.4、0≦x≦1)からなる被覆層が被覆されてなる請求項6記載の切削工具。
- 前記被覆層が、Ti1−a1−b1Ala1Mb1(C1−x1Nx1)(ただし、MはCr、Si、W、Mo、Ta、Hf、Nb、ZrおよびYから選ばれる少なくとも1種、0.2≦a1≦0.7、0≦b1≦0.4、0≦x1≦1)からなる第1薄層と、Ti1−a2−b2Ala2Mb2(C1−x2Nx2)(ただし、MはCr、Si、W、Mo、Ta、Hf、Nb、ZrおよびYから選ばれる少なくとも1種、0.2≦a2≦0.7、0≦b2≦0.4、0≦x2≦1、a1=a2かつb1=b2かつx1=x2を除く。)からなる第2薄層とが、交互に積層された多層構成からなる請求項8記載の切削工具。
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