JP2020127998A - 硬質皮膜切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
従来から、被覆工具としては、例えば、WC基超硬合金、TiCN基サーメット、cBN焼結体等を工具基体とし、これに硬質皮膜層を形成した被覆工具が知られており、切削性能の改善を目的として種々の提案がなされている。
「(1)工具基体の表面に、少なくとも、平均層厚が0.5〜10.0μmの硬質皮膜層を有する表面被覆切削工具であって、
前記工具基体の表面と前記硬質皮膜層との界面の前記硬質皮膜層の側に平均厚さが5〜500nmであるW1−xTix膜(xは原子比で0.01≦x≦0.30)を有していることを特徴とする表面被覆切削工具。
(2)前記W1−xTix膜において、xの値が工具表面側に向かって増加していることを特徴とする前記(1)に記載の表面被覆切削工具。」
本発明の被覆工具における硬質皮膜層の平均層厚は、0.5〜10.0μmである。この範囲とした理由は、0.5μm未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、10.0μmを超えると、結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性向上効果が得られなくなるからである。
本発明の被覆工具における硬質皮膜層を構成する硬質皮膜の組成は、本発明の目的を阻害するものでなければ特に限定されないが、例えば、組成式:(Ti1−xAlx)Nで表されるTiとAlとの複合窒化物((TiAl)N)の硬質皮膜が例示できる。ここで、0.35≦x≦0.80である。
本発明において、工具基体の表面と硬質皮膜層との界面から平均5〜500nmの範囲(厚さ)の硬質皮膜層内にW1−xTix膜(xは原子比で0.01≦x≦0.30)(以下、WTi膜ということがある)を有していることが好ましい。ここで、WTi膜は、硬質皮膜成分の皮膜に関する原子(前記(TiAl)N皮膜であれば、Ti、Al、Nの原子)のみが検出され始め、かつ、WCではなくWが最初に検出された点において、WとTiの合量に対してTiの含有割合x(原子比)の値が1〜30原子%である。また、前記Tiの含有割合xは、該界面領域において工具基体側から工具表面側に向かって増加することがより好ましい。
なお、このWTi膜中のTiの含有割合xは、透過型電子顕微鏡に付属するエネルギー分散型X線分光法(TEM−EDS)によって求めることができる。
工具基体は、この種の工具基体として従来公知のWCを含む基材であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。
本発明の被覆工具の硬質皮膜層は、PVDの一種であるアークイオンプレーティング(Arc Ion Plating:AIP)装置を用いて製造することができ、平均層厚が5〜500nmのWTi膜は、WターゲットとTiターゲットを同時にスパッタし、Tiの放電量を徐々に増加(例えば線形に増加)させることにより形成することができる。
ここでは、本発明の被覆工具の具体例として、工具基体としてWC基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体は前述のとおりWCが含まれていればよく、また、工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
表3および表4にこれらの結果を示す。
被削材:質量%で、Ni−19%Cr−18.5%Fe−5.2%Cd−5%Ta−3%Mo−0.9%Ti−0.5%Al−0.3%Si−0.2%Mn−0.05%Cu−0.04%Cの組成を有するNi基合金の丸棒、
切削速度: 55 m/min.、
切り込み: 1.0 mm、
送り: 0.25 mm/rev.、
切削時間: 7 分、
の条件でのNi基合金の湿式連続高速高送り切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、35m/min.、0.15mm/rev.)、 切削試験の結果を表5に示す。
被削材:質量%で、Ti−6%Al−4%Vの組成を有するTi基合金の丸棒、
切削速度: 125 m/min.、
切り込み: 1.2 mm、
送り: 0.3 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件でのTi基合金の湿式連続高速高切込切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、100 m/min.、0.2 mm/rev.)
切削試験の結果を表6に示す。
これに対して、比較例工具1〜3については、切削条件A、Bのいずれにおいても、チッピングの発生、あるいは、逃げ面摩耗の進行により、短時間で寿命に至ることは明らかである。
Claims (2)
- 工具基体の表面に、少なくとも、平均層厚が0.5〜10.0μmの硬質皮膜層を有する表面被覆切削工具であって、
前記工具基体の表面と前記硬質皮膜層との界面の前記硬質皮膜層の側に平均厚さが5〜500nmであるW1−xTix膜(xは原子比で0.01≦x≦0.30)を有していることを特徴とする表面被覆切削工具。 - 前記W1−xTix膜において、xの値が工具表面側に向かって増加していることを特徴とする請求項1に記載の表面被覆切削工具。
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