JP2017148930A - コーティングされた切断ツール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本体1は、接合炭化物、サーメット、セラミック、多結晶ダイヤモンド、又は多結晶立方晶窒化ホウ素系材料を含み、コーティング4は、単一層である第1の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング2と、積層構造である第2の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング3とを備え、第1の(Ti,Al)系窒化物サブコーティングは、(Ti1−xAlx)Nz層を含み、ここで、0.1<x<0.4、0.6<z<1.2であり、第2の(Ti,Al)系窒化物サブコーティングは、(Ti1−x1−y1Alx1Cry1)Nz1層を含み、ここで、0.5<x1<0.75、0.05<y1<0.2、0.6<z1<1.2である。
【選択図】図1
Description
高温特性が改善されているコーティングでコーティングされた切断ツールであって、高温が発生する金属切断応用における性能が改善されており、加工面粗さを制御するようにした、切断ツールを提供することが、本発明の目的の1つである。
1.堆積に先立って本体を洗浄することと、
2.(Ti,Al)の複合カソード又は合金カソードと、(Ti,Al,Cr)の複合カソード又は合金カソードをそれぞれ使用することによって、(Ti,Al)N層と(Ti,Al,Cr)N層とを成長させ、全ガス圧が1.0Paから8.0Paまで、好ましくは1.0Paから5.0Paまで、より好ましくは2.0Paから5.0Paまで、最も好ましくは3.0Paから5.0Paまでの、純N2ガス又は混合N2ガス、及びArなどのガスを含む反応性ガス雰囲気を使用して、50Aから200Aまでの蒸発電流を印加し、20Vから300Vまで、好ましくは40Vから150Vまで、最も好ましくは50Vから100Vまでの負の基板バイアスを印加し、かつ、200°Cから800°Cまで、好ましくは300°Cから600°Cまでの堆積温度を利用することとを含む。
WC/Co-95/5wt%の組成を有する、グレードAの接合炭化物のインサート(ISOジオメトリ:CNMG120408)が、カソードアーク蒸着による層堆積のための本体1として使用された。
実施例1では更に、WC/Co-94/6wt%の組成を有する、グレードBの複数の接合炭化物のインサート(ISOジオメトリ:TPUN160308)に、表3に示すコーティング金属組成が同時に堆積された。
実施例1では更に、WC/Co-87/13wt%の組成を有する、グレードCの複数の接合炭化物のインサート(ISOジオメトリ:XOMX120408TR−ME12)に、表4に示すコーティング金属組成が同時に堆積された。
バインダ中に少なくとも30vol%のcBNを含有する、グレードDのPCBNインサートを使用して、実施例1が反復された。バインダは、周期表の第4族、第5族、及び第6族に属する元素、及びAlのうちの一又は複数から選択された、Ti(C,N)やAlNといった、少なくとも1つの窒化物、ホウ化物、酸化物、炭化物、又は炭窒化物の化合物を含む。
実施例4では更に、バインダ中に30vol%<cBN<70vol%、好ましくは40vol%<cBN<65vol%を含有しており、平均cBN粒度が0.5μmから4μmまでである、グレードEの複数のPCBNインサートに、表6に示すコーティング金属組成が同時に堆積された。バインダは、80wt%<Ti(C,N)<95wt%を含有しており、その残部は、Ti、N、B、Ni、Cr、Mo、Nb、Fe、Al、及びOという元素の群のうちの2つ以上による、TiB2やAl2O3といった化合物を含む。
実施例4では更に、バインダ中に45vol%<cBN<70vol%、好ましくは55vol%<cBN<65vol%を含有しており、平均cBN粒度が0.5μmから4μmまで、好ましくは1μmから3μmまでである、グレードFの複数のPCBNインサートに、表7に示すコーティング金属組成が同時に堆積された。バインダは、80wt%<Ti(C,N)<90wt%と、一又は複数の元素(Ni、Co、及びCr)を含有する1wt.%未満の合金と、10wt%未満のMoと、主にTiB2及びAl2O3である残部とを、含有する。
実施例4では更に、バインダ中に70vol%を上回るcBN、好ましくは80vol%<cBN<95vol%を含有しており、cBN粒子の一部分は<10μm、好ましくは0.5μmから10μmまで、より好ましくは1μmから6μmまでの粒度を有し、かつ、cBN粒子の別の部分は>10μm、好ましくは10μmから25μmまで、より好ましくは15μmから25μmまでの粒度を有する、二峰性のcBN粒度分布を伴う、グレードGの複数のPCBNインサートに、表8に示すコーティング金属組成が同時に堆積された。バインダは、Al,B,N,W,Co,Ni,Fe,Al及び/又はOという元素のうちの2つ以上の化合物を含む。
実施例4では更に、バインダ中に35vol%<cBN<70vol%を含有ており、少なくとも約50%のcBN粒子が<5μmの粒度を有し、かつ、少なくとも20%の粒子が>5μmの粒度を有する、二峰性のcBN粒度分布を伴う、グレードHの複数のPCBNインサートに、表9に示すコーティング金属組成が同時に堆積された。バインダは、Alを含む少なくとも1つの化合物と、Tiを含む少なくとも1つの化合物とを含有する。
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の表2のサンプル(実施例1におけるコーティングされたグレードA)を使用している。
ジオメトリ:CNMG120412−MF5
応用:表面仕上げ
被加工物材料:34CrNiMo6、48−52HRc
切断スピード:130m/分
送り:0.25mm/回転
切断深さ:0.3mm
冷却:なし
性能基準:耐クレーター摩耗性
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の表3のサンプル(実施例2におけるコーティングされたグレードB)を使用している。
ジオメトリ:TPUN160308
応用:表面仕上げ
被加工物材料:100Cr6
切断スピード:320m/分
送り:0.25mm/回転
切断深さ:2mm
冷却:あり
性能基準:耐クレーター摩耗性
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の表4のサンプル(実施例3におけるコーティングされたグレードC)を使用している。
ジオメトリ:XOMX120408TR−M12
応用:側面フライス加工
被加工物材料:42CrMo4
切断スピード:400m/分
送り:0.3mm/回転
切断深さ:3mm
D(ae):65mm(20%)
冷却:なし
性能基準:ツール寿命
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の、コーティングされていないPCBNグレードHインサートを含む、表9のサンプル(実施例8におけるコーティングされたグレードH)を使用している。
ジオメトリ:CNGA120408S−01525−L1−B
応用:連続切断
被加工物材料:SAE8620、58−62HRC
切断スピード:250m/分
送り:0.1mm
切断深さ:0.1mm
冷却:なし
性能基準:ツール寿命
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の表9のサンプル(実施例8におけるコーティングされたグレードH)を使用している。
ジオメトリ:CNGA120408S−01525−L1−B
応用:連続切断
被加工物材料:SAE8620、58−62HRC
切断スピード:250m/分
送り:0.1mm
切断深さ:0.1mm
冷却:なし
性能基準:材料比、50回の試行後のRmr50%
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の表9のサンプル(実施例8におけるコーティングされたグレードH)を使用している。
ジオメトリ:CNGA120408S−01525−L1−B
応用:連続切断
被加工物材料:SAE8620、58−62HRC
切断スピード:250m/分
送り:0.1mm
切断深さ:0.1mm
冷却:なし
性能基準:クレーター摩耗/クレーター深さ
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の表9のサンプル(実施例8におけるコーティングされたグレードH)を使用している。
ジオメトリ:TCGW110208S−01015−L1−C
応用:ID回転、直径24.69mm、長さ7.6mm
被加工物材料:100Cr6、60HRc
切断スピード:143m/分
送り:0.15mm/回転
切断深さ:0.15mm
冷却:あり、ただしチップ排出のためのみ
性能基準:ツール寿命
切断試験には、以下のデータに従って、回転動作中の表9のサンプル(実施例8におけるコーティングされたグレードH)を使用している。
ジオメトリ:DNGA150612S−01525−L1−B
応用:OD回転、直径45mm、長さ26mm
被加工物材料:25MoCr4E、58−64HRc
切断スピード:260m/分
送り:0.15mm/回転
切断深さ:0.2mm
冷却:なし
性能基準:ツール寿命
Claims (19)
- 本体(1)と、前記本体上の硬質かつ耐摩耗性のPVDコーティング(4)とを備える、コーティングされた切断ツールであって、前記本体は、接合炭化物、サーメット、セラミック、多結晶ダイヤモンド、又は多結晶立方晶窒化ホウ素系材料を含み、前記コーティングは、単一層である第1の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング(2)、及び、積層構造である第2の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング(3)を含み、前記第1の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング(2)が、(Ti1−xAlx)Nz層を含み、ここで、0.1<x<0.4、0.6<z<1.2であり、かつ、前記第2の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング(3)が、(Ti1−x1−y1Alx1Cry1)Nz1層を含み、ここで、0.5<x1<0.75、0.05<y1<0.2、0.6<z1<1.2であることを特徴とする、コーティングされた切断ツール。
- 前記第1の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング(2)は、0.1μmから2μmまでの厚みを有する、請求項1に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記第2の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング(3)は、A/B/A/B/A/B/…という交互のA層とB層からなる積層構造であり、ここで、層Aは、(Ti1−xAlx)Nzであり、0.1<x<0.4、0.6<z<1.2であり、かつ、層Bは、(Ti1−x1−y1Alx1Cry1)Nz1であり、0.5<x1<0.75、0.05<y1<0.2、0.6<z1<1.2である、請求項1又は2に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記A層及び前記B層は、1nmから100nmまでの平均個別層厚を有する、請求項3に記載のコーティングされた切断ツール。
- 0.15<x<0.35である、請求項1から4のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 0.55<x1<0.75である、請求項1から3のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 0.05≦y1<0.15である、請求項1から3のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 0.8<z1≦1.1である、請求項1から3のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記第2の(Ti,Al)系窒化物サブコーティング(3)は、0.5μmから10μmまでの厚みを有する、請求項1から8のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記本体(1)上に前記本体(1)に接触して配置された最内部の単一層構造又は積層構造(5)であって、TiN、TiC、Ti(C,N)、又は(Ti,Al)Nという組成のうちの少なくとも1つを含む、最内部の単一層構造又は積層構造(5)を備える、請求項1から9のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記コーティング(4)上に配置された最外部の単一層構造又は積層構造(6)であって、TiN、TiC、Ti(C,N)、及び(Ti,Al)Nという組成のうちの少なくとも1つを含む、最外部の単一層構造又は積層構造(6)を備える、請求項1から10のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記コーティング(4)と、存在する最内部(5)又は最外部(6)の層構造との総厚は、0.8μmから15μmまでである、請求項1から11のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 存在する最内部(5)又は最外部(6)の層構造を含む、前記コーティング(4)の平均組成は、55at%<%Ti<62at%、32at%<%Al<40at%、1at%<%Cr<9at%、%Ti+%Al+%Cr=100at%であり、かつNと均衡している、請求項1から12のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記本体(1)は、WCと、4〜15wt%のCoとを含む接合炭化物である、請求項1から13のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記本体(1)は、バインダ中に少なくとも25vol%の立方晶窒化ホウ素(cBN)を含有する多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)であり、前記バインダは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、及びAlという元素の群のうちの一又は複数から選択された、少なくとも1つの窒化物、ホウ化物、酸化物、炭化物、又は炭窒化物の化合物を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記本体(1)は、バインダ中に30vol%<cBN<75vol%を含有しており、平均cBN粒度が0.5μmから10μmまでである、多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)であり、前記バインダは、80wt%<Ti(C,N)<95wt%を含有しており、前記バインダの残部は、Ti、N、B、Ni、Cr、Mo、Nb、Fe、Al、及びOという元素の群のうちの2つ以上による化合物を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記本体(1)は、バインダ中に35vol%<cBN<75vol%を含有しており、少なくとも約50%のcBN粒子が<5μmの粒度を有し、かつ、少なくとも20%の前記粒子が>5μmの粒度を有する、二峰性のcBN粒度分布を伴う、多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)であり、前記バインダは、Alを含む少なくとも1つの化合物と、Tiを含む少なくとも1つの化合物とを含有する、請求項1から13のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 前記本体(1)は、バインダ中に30vol%<cBN<75vol%を含有しており、平均cBN粒度が0.5μmから5μmまでである、多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)であり、前記バインダは、80wt%<Ti(C,N)<90wt%と、Ni、Co、Crという元素の群のうちの一又は複数を含有する1wt.%未満の合金と、10wt%未満のMoとを含有しており、前記バインダの残部は、TiB2とAl2O3という化合物の少なくとも一方を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツール。
- 物理的気相堆積(PVD)技法、好ましくはカソードアーク蒸着を利用することによって、請求項1から18のいずれか一項に記載のコーティングされた切断ツールを製造するための方法であって、
−堆積に先立って前記本体を洗浄することと、
−(Ti,Al)の複合カソード又は合金カソードと、(Ti,Al,Cr)の複合カソード又は合金カソードをそれぞれ使用することによって、(Ti,Al)N層と(Ti,Al,Cr)N層とを成長させ、全ガス圧が1.0Paから8.0Paまでの、純N2ガス又は混合N2ガス、及びArなどのガスを含む反応性ガス雰囲気を使用して、50Aから200Aまでの蒸発電流を印加し、20Vから300Vまでの負の基板バイアスを印加し、かつ、200°Cから800°Cまで、好ましくは300°Cから600°Cまでの堆積温度を利用することとを含む、方法。
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