JP2014530112A - 切削インサート及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
式中、I(hkl)はX線回折で測定される回折反射強度であり、
I0(hkl)は、pdfカード42―1468に従う回折反射の標準強度であり、
nは算出のために使用される反射の数であり、
TC(0 0 12)の算出のために(0 1 2)、(1 0 4)、(1 1 0)、(1 1 3)、(1 1 6)、(3 0 0)、及び(0 0 12)の反射を使用し、
α―Al2O3層は0〜+300MPaの固有応力を有しており、
基材表面から0〜10μm内の基材は約−2000〜−400MPaの固有応力の最小値を有する切削インサートによって達成される。
式中、I(hkl)はX線回折で測定された回折反射強度であり、
I0(hkl)はpdfカード42―1468に従う回折反射の標準強度であり、
nは算出のために使用される反射の数であり、
TC(0 0 12)の算出のために(0 1 2)、(1 0 4)、(1 1 0)、(1 1 3)、(1 1 6)、(3 0 0)、及び(0 0 12)の反射を使用し、
多層コーティングを適用した後、基材を、粒状ショットブラスト剤を用いて乾式又は湿式ショットブラスト処理、好ましくは乾式ショットブラスト処理し、
好ましくは、ショットブラスト剤はコランダム(α―Al2O3)より硬度が低く、
ショットブラスト処理後にα―Al2O3層が0〜+300MPaの固有応力を有しショットブラスト処理後の基材表面から0〜10μm内の基材が−2000〜−400MPaの固有応力の最小値を有するよう、ショットブラスト処理のショットブラスト圧、ショットブラスト継続時間、及びショットブラスト角度を選択する、
方法もまた含む。
固有応力の非破壊及び相選択的な分析は、X線回折方法によってのみ可能である(例えば、V Hauk.Structural and Residual Stress Analysis by Nondesctructive Methods.Elsevier,Amsterdam,1997年を参照)。固有応力のX線分析のために広く用いられているsin2ψ法(E Macherauch,P Muller,Z.angew.Physik 13(1961年)、305)は、X線ビームが浸透する深さの範囲内での均一な応力条件の仮定に基づいており、一つの平面における応力成分についての平均値のみを提供する。したがって、sin2ψ方法は、固有応力における急な又は段階的な変化が短距離内で予想される多層のショット処理したCVD系の調査に適していない。その代わりに、そのような場合、薄い層においてさえも固有応力勾配の検出が可能な、例えば「ユニバーサルプロット法」などのより開発された方法を使用する(Ch.Genzel in:E J Mittemeijer,P Scardi(編集者)Diffraction Analysis of the Microstructure of Materials.Springer Series in Material Science,第68巻(2004年),473頁;Ch.Genzel,Mat.Science and Technol.21(2005年),10)。コランダム(α―Al2O3)の硬度より低い硬度のショットブラスト剤を使用した乾式ショットブラスト処理によって本発明の固有応力が有利に達成されると、α―Al2O3層内の転位が生じないか又は生ずる転位が非常にわずかな程度であり、生ずる固有応力の変化はほんのわずかである。α―Al2O3層の上に任意に配置される装飾層又は摩耗認識層は研磨的に作用する方法によって除去し、これは残留したα―Al2O3層内の固有応力状態を約1μmに及ぶ深さまでの層の近表面領域においてのみ変化させる。本明細書において使用した測定パラメータの場合、α―Al2O3層に関する測定信号は約1.5μm以上の深さの情報に由来する。測定データはα―Al2O3層内の固有応力の激しい深さ勾配のいかなる指標も提供しなかったので、sin2ψ法を使用して評価した。
I0(hkl)は、pdfカード42―1468に従う回折反射の標準強度であり、
nは算出のために使用される反射の数であり、
TC(0 0 12)の算出のために(0 1 2)、(1 0 4)、(1 1 0)、(1 1 3)、(1 1 6)、(3 0 0)、及び(0 0 12)の反射を使用した。
WC/Co硬質金属基材本体(様々な組成のインデックスを付けた切削ビット(HM1、HM2、HM3、HM4、HM5、及びHM6))を、それぞれの層について様々な層厚を有するTiN−MT―TiCN−α―Al2O3−HT―TiCNの層配列で、CVD法でコーティングした。TiAlCNOの薄い(1μm未満)バインダー及び核形成層を、MT―TiCN層とα―Al2O3層との間に堆積させた。全てのコーティングは、半径方向の気流を有するBernex BPX325SタイプのCVD反応器内で製造した。
例1に従って製造した切削ビットを用いて、以下の試験パラメータに従って断続的切削モードで目的のカムシャフトを外部機械加工した。
材料:16MnCr5(Rm=600〜700N/mm2)。
機械加工;断続的切削モードでの長手方向回転;湿式機械加工。
切削データ:vc=220m/分、f=0.4mm、ap=2.5mm。
工具形状:DNMG150608―NM4。
工具寿命: 比較:表5の切削インサート11:54部品。
本発明:表5の切削インサート14:80部品。
例1に従って製造した切削ビットを、いわゆる小片回転試験(strip turning test)(厳しい断続的切削モードを用いた試験)にかけた。この試験では、外部の長手方向回転工程で機械加工される熱処理可能な鋼の4つの小片を備えた軸を用いて、インデックスを付けた切削ビットに特有の耐久性を調査した。この場合に切削機械加工を受ける小片は周辺部の一部のみを意味しており、激しい衝撃を与える作用が工具の切削端に生ずることとなる。破壊によって切削端が破損するまでの加工品への入力数(衝撃の数)として工具の寿命を決定した。
機械加工:断続的切削モードでの長手方向回転;乾式機械加工。
切削データ:vc=170、f=0.32mm、ap=2.5mm。
工具形状:CNMG120412―NM4。
寿命/衝撃数(それぞれ6回試験した切削インサートの平均値):
比較:表5の切削インサート15:衝撃497回。
本発明:表5の切削インサート18:衝撃2946回。
例1に従って製造した切削ビットを用いて、以下の試験パラメータに従って目的の回転楕円体グラファイト鋳鉄GGG50のポンプ容器を回転機械加工(断続的切削モードでの荒切削)した。
材料:GGG50。
機械加工:断続的切削モードでの回転;乾式機械加工。
切削データ:vc=190m/分、f=0.5mm、ap=3.0mm。
工具形状:WNMA080412。
工具寿命: 比較:表5の切削インサート3:70部品。
本発明:表5の切削インサート6:200部品。
Claims (10)
- 硬質金属基材、サーメット基材、又はセラミック基材本体、及びCVD法によって総厚5〜40μmで基材へと適用されており基材表面から順に一つ以上の硬質材料層と、前記一つ以上の硬質材料層上の層厚1〜20μmのアルファアルミニウムオキシド(α―Al2O3)層と、任意に前記α―Al2O3層の少なくとも一部の上の装飾層又は摩耗認識層としての更なる一つ以上の硬質材料層とを有する多層コーティングでできた切削インサートであって、
前記α―Al2O3層が、
式中、I(hkl)はX線回折で測定される回折反射強度であり、
I0(hkl)はpdfカード42―1468に従う回折反射の標準強度であり、
nは算出のために使用される反射の数であり、
TC(0 0 12)の算出のために(0 1 2)、(1 0 4)、(1 1 0)、(1 1 3)、(1 1 6)、(3 0 0)、及び(0 0 12)の反射を使用し、
前記α―Al2O3層は0〜+300MPaの固有応力を有しており、
基材表面から0〜10μm内の基材は−2000〜−400MPaの固有応力の最小値を有する、
切削インサート。 - 前記切削インサートの製造が、前記多層コーティングを適用した後に、基材を、粒状ショットブラスト剤を用いた乾式又は湿式ショットブラスト処理、好ましくは乾式ショットブラスト処理することを含んでおり、好ましくは前記ショットブラスト剤がコランダム(α―Al2O3)より低い硬度を有する、請求項1に記載の切削インサート。
- 基材表面上であってα―Al2O3層の下に配置された一つ以上の硬質材料層、及び任意に前記α―Al2O3層の少なくとも一部の上に配置された一つ以上の硬質材料層が、周期表のIVa〜VIIa族の元素及び/又はアルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭化物、酸炭窒化物、ホウ化物、ホウ窒化物、ホウ炭化物、ホウ炭窒化物、ホウ酸窒化物、ホウ酸炭化物、若しくはホウ酸炭窒化物、及び/又は混合金属相、及び/又は上記の化合物の相混合物を含む、請求項1又は2のいずれかに記載の切削インサート。
- 基材表面上であってα―Al2O3層の下に配置された一つ以上の硬質材料層がTiN、TiCN、及び/又はTiAlCNOを含んでおり、前記一つ以上の硬質材料層がそれぞれ0.1μm〜15μmの層厚を有しており、ここで、TiAlCNOの硬質材料層が存在し前記α―Al2O3層の下に直接配置されている場合は前記TiAlCNOの硬質材料層の層厚は好ましくは0.1μ〜1μmであり、TiN又はTiCNの硬質材料層が存在する場合は前記TiN又はTiCNの硬質材料層の層厚は好ましくは2μm〜15μm、特に好ましくは3μm〜10μmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の切削インサート。
- 基材表面上であってα―Al2O3層の下に配置されておりTiN、TiCN、及び/又はTiAlCNOを含む一つ以上の硬質材料層の合計の総層厚が、3μm〜16μm、好ましくは5μm〜12μm、特に好ましくは7μm〜11μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の切削インサート。
- 多層コーティングが、基材表面から順にTiN−TiCN−TiAlCNO−α―Al2O3の層を連続して有しており、任意にTiN層、TiCN層、TiC層、又はこれらの組み合わせが前記α―Al2O3層の少なくとも一部の上に提供されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の切削インサート。
- 基材本体の最外表面領域から、前記最外表面から10μmの深さまでの領域内において、前記基材本体が少なくとも−400MPas、好ましくは少なくとも−600MPas、特に好ましくは少なくとも−800のMPasの固有応力の最小値を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の切削インサート。
- 基材本体が、好ましくは4〜12質量%のCo、Fe、及び/又はNi、好ましくはCoと、任意に0.5〜10質量%の周期表のIVb、Vb、及びVIb族の金属、好ましくはTi、Nb、Ta、又はこれらの組み合わせの立方晶炭化物と、残部としてのWCとを含む硬質金属を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の切削インサート。
- 前記基材本体が、硬質金属を含んでおり、前記基材本体の全体の公称組成に対してCoバインダー相が豊富であり立方晶炭化物が少なく前記基材表面から5μm〜30μm、好ましくは10μm〜25μmの厚みの表面領域を有しており、Coバインダー相が豊富な表面領域におけるCoの含有量は基材の中心よりも少なくとも1.5倍多く、Coバインダー相が豊富な表面領域における立方晶炭化物の含有量は基材の中心における立方晶炭化物の含有量の多くとも0.5倍である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の切削インサート。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の切削インサートの製造方法であって、
基材表面から順に一つ以上の硬質材料層と、前記一つ以上の硬質材料層上の層厚1〜20μmのアルファアルミニウムオキシド(α―Al2O3)層と、任意に前記α―Al2O3層の少なくとも一部上の装飾層又は摩耗認識層としての更なる一つ以上の硬質材料層とを有する総厚5〜40μmの多層コーティングをCVD法によって硬質金属基材、サーメット基材、又はセラミック基材本体に適用し、
前記α―Al2O3層が
式中、I(hkl)はX線回折で測定される回折反射の強度であり、
I0(hkl)はpdfカード42―1468に従う回折反射の標準強度であり、
nは算出のために使用される反射の数であり、
TC(0 0 12)の算出のために(0 1 2)、(1 0 4)、(1 1 0)、(1 1 3)、(1 1 6)、(3 0 0)、及び(0 0 12)の反射を使用し、
前記多層コーティングを適用した後、基材を、粒状ショットブラスト剤を用いた乾式又は湿式ショットブラスト処理、好ましくは乾式ショットブラスト処理し、
好ましくは、ショットブラスト剤はコランダム(α―Al2O3)より硬度が低く、
ショットブラスト処理後にα―Al2O3層が0〜+300MPaの固有応力を有しショットブラスト処理後の基材表面から0〜10μm内の基材が−2000〜−400MPaの固有応力の最小値を有するよう、ショットブラスト処理のショットブラスト圧、ショットブラスト継続時間、及びショットブラスト角度を選択する、
方法。
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