JP2556089B2 - 高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具Info
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- JP2556089B2 JP2556089B2 JP63074952A JP7495288A JP2556089B2 JP 2556089 B2 JP2556089 B2 JP 2556089B2 JP 63074952 A JP63074952 A JP 63074952A JP 7495288 A JP7495288 A JP 7495288A JP 2556089 B2 JP2556089 B2 JP 2556089B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、炭化タングステン（以下WCで示す）基超
硬合金基体の表面に対する硬質被覆層の付着性にすぐ
れ、特に切削速度が500m/min.以上の高速切削でも硬質
被覆層に剥離の発生がなく、著しくすぐれた切削性能を
長期に亘つて発揮する高速切削用表面被覆超硬合金製切
削工具に関するものである。
硬合金基体の表面に対する硬質被覆層の付着性にすぐ
れ、特に切削速度が500m/min.以上の高速切削でも硬質
被覆層に剥離の発生がなく、著しくすぐれた切削性能を
長期に亘つて発揮する高速切削用表面被覆超硬合金製切
削工具に関するものである。
従来、例えば特開昭55−145165号公報に記載されるよ
うに、WC基超硬合金基体の表面に、 平均層厚:0.3〜２μｍの酸化アルミニウム（以下Al2O3
で示す）と、平均層厚:0.2〜１μｍを有する窒化チタ
ン、炭窒化チタン、炭酸窒化チタン、酸窒化チタン、ま
たは酸炭化チタン（以下、それぞれTiN,TiCN、TiCNO、T
iNO、TiCOで示し、これらを総称してTiN（Ｃ・Ｏ）で示
す）との交互積層からなる平均層厚:2〜10μｍの硬質被
覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具が知ら
れている。
うに、WC基超硬合金基体の表面に、 平均層厚:0.3〜２μｍの酸化アルミニウム（以下Al2O3
で示す）と、平均層厚:0.2〜１μｍを有する窒化チタ
ン、炭窒化チタン、炭酸窒化チタン、酸窒化チタン、ま
たは酸炭化チタン（以下、それぞれTiN,TiCN、TiCNO、T
iNO、TiCOで示し、これらを総称してTiN（Ｃ・Ｏ）で示
す）との交互積層からなる平均層厚:2〜10μｍの硬質被
覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具が知ら
れている。
しかし、上記の従来表面被覆超硬合金製切削工具にお
いては、硬質被覆層のWC基超硬合金基体に対する付着強
度が十分でないために、これを例えば切削速度が500m/m
in.以上の高速切削に用いた場合に硬質被覆層に剥離が
生じ、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
いては、硬質被覆層のWC基超硬合金基体に対する付着強
度が十分でないために、これを例えば切削速度が500m/m
in.以上の高速切削に用いた場合に硬質被覆層に剥離が
生じ、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記
の従来表面被覆超硬合金切削工具に着目し、これの硬質
被覆層のWC基超硬合金基体に対する付着強度を向上せし
めるべく研究を行なつた結果、前記硬質被覆層と前記基
体との間に、 下層として、Co:0.1〜10重量％、W:0.3〜25重量％を
含有し、残りがTiCからなるTiC基硬質合金層、 中間層として、TiCN層またはTiN層、 上層として、TiC層、 を介在させると、前記下層は基体に対して、また前記上
層は上記硬質被覆層に対して、さらに前記中間層は前記
上層と下層に対してそれぞれ強固を付着強度な示すこと
から、前記硬質被覆層は基体に対してきわめて高い付着
強度をもつようになり、高速切削でも前記硬質被覆層の
剥離は皆無となり、すぐれた切削性能を発揮するように
なるという知見を得たのである。
の従来表面被覆超硬合金切削工具に着目し、これの硬質
被覆層のWC基超硬合金基体に対する付着強度を向上せし
めるべく研究を行なつた結果、前記硬質被覆層と前記基
体との間に、 下層として、Co:0.1〜10重量％、W:0.3〜25重量％を
含有し、残りがTiCからなるTiC基硬質合金層、 中間層として、TiCN層またはTiN層、 上層として、TiC層、 を介在させると、前記下層は基体に対して、また前記上
層は上記硬質被覆層に対して、さらに前記中間層は前記
上層と下層に対してそれぞれ強固を付着強度な示すこと
から、前記硬質被覆層は基体に対してきわめて高い付着
強度をもつようになり、高速切削でも前記硬質被覆層の
剥離は皆無となり、すぐれた切削性能を発揮するように
なるという知見を得たのである。
したがつて、この発明は、上記知見にもとづいてなさ
れたものであつて、 （ａ） WC基超硬合金製基体の表面に、 （ｂ） Co:0.1〜10重量％、W:0.3〜25重量％を含有
し、残りがTiCからなる平均層厚:0.2〜３μｍの下層
と、 TiCNまたあTiNからなる平均層厚:0.2〜３μｍの中間
層と、 TiCからなる平均層厚:1〜10μｍの上層、で構成され
た付着強化層を介して、 （ｃ）平均層厚:0.3〜２μｍのAl2O3と、平均層厚:0.2
〜１μｍのTiN（Ｃ・Ｏ）との交互４層以上の積層から
なる平均層厚:2〜10μｍの硬質被覆層、 を形成してなる高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具
に特徴を有するものである。
れたものであつて、 （ａ） WC基超硬合金製基体の表面に、 （ｂ） Co:0.1〜10重量％、W:0.3〜25重量％を含有
し、残りがTiCからなる平均層厚:0.2〜３μｍの下層
と、 TiCNまたあTiNからなる平均層厚:0.2〜３μｍの中間
層と、 TiCからなる平均層厚:1〜10μｍの上層、で構成され
た付着強化層を介して、 （ｃ）平均層厚:0.3〜２μｍのAl2O3と、平均層厚:0.2
〜１μｍのTiN（Ｃ・Ｏ）との交互４層以上の積層から
なる平均層厚:2〜10μｍの硬質被覆層、 を形成してなる高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具
に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の切削工具において、上記の通りに
数値限定した理由を説明する。
数値限定した理由を説明する。
（１） 付着強化層 上記の通り、付着強化層における下層には、WC基超硬
合金基体と中間層とに対して、また同中間層には下層と
上層に対して、さらに同上層には中間層と硬質被覆層に
対して、それぞれ強固に付着する性質があり、これらの
性質によつて硬質被覆層は間接的に基体表面に強固に付
着するようになるものであり、したがつて、それぞれの
層の平均層厚が、下層および中間層では0.2μｍ未満、
上層にあつては１μｍ未満では所望の層間付着強度が得
られず、しかし層間付着強度は、下層および中間層では
３μｍ、また上層にあつては10μｍで十分であり、これ
以上の層厚は必要がないことから、それぞれの平均層厚
を、下層:0.2〜３μｍ、中間層:0.2〜３μｍ、上層:1〜
10μｍと定めた。
合金基体と中間層とに対して、また同中間層には下層と
上層に対して、さらに同上層には中間層と硬質被覆層に
対して、それぞれ強固に付着する性質があり、これらの
性質によつて硬質被覆層は間接的に基体表面に強固に付
着するようになるものであり、したがつて、それぞれの
層の平均層厚が、下層および中間層では0.2μｍ未満、
上層にあつては１μｍ未満では所望の層間付着強度が得
られず、しかし層間付着強度は、下層および中間層では
３μｍ、また上層にあつては10μｍで十分であり、これ
以上の層厚は必要がないことから、それぞれの平均層厚
を、下層:0.2〜３μｍ、中間層:0.2〜３μｍ、上層:1〜
10μｍと定めた。
また、下層におけるCoおよびＷの含有量は、その含有
量が、Co:0.1％未満およびW:0.3％未満では所望の基体
に対する付着強度が得られず、一方Co:10％およびW:25
％を越えて含有すると、中間層に対する付着強度が低下
するようになることから、その含有量を、それぞれCo:
0.1〜10％、W:0.3〜25％と定めた。
量が、Co:0.1％未満およびW:0.3％未満では所望の基体
に対する付着強度が得られず、一方Co:10％およびW:25
％を越えて含有すると、中間層に対する付着強度が低下
するようになることから、その含有量を、それぞれCo:
0.1〜10％、W:0.3〜25％と定めた。
（２） 硬質被覆層 Al2O3層とTiN（Ｃ・Ｏ）層の交互積層によつてすぐれ
た耐摩耗性が確保されるが、それぞれの平均層厚が、Al
2O3層:0.3μｍ未満およびTiN（Ｃ・Ｏ）層:0.2μｍ未満
にし、合計で２μｍ未満でも、またそれぞれの層数が２
層未満、すなわち合計で４層未満でも所望のすぐれた耐
摩耗性が確保できず、一方、それぞれの平均層厚が、Al
2O3層:2μｍおよびTiN（Ｃ・Ｏ）層:1μｍを越え、かつ
合計で10μｍを越えると、欠けやチッピングが発生し易
くなることから、それぞれの平均層厚を、Al2O3:0.3〜
２μｍ、TiN（Ｃ・Ｏ）:0.2〜１μｍにして、合計層厚
を２〜10μｍと定めた。
た耐摩耗性が確保されるが、それぞれの平均層厚が、Al
2O3層:0.3μｍ未満およびTiN（Ｃ・Ｏ）層:0.2μｍ未満
にし、合計で２μｍ未満でも、またそれぞれの層数が２
層未満、すなわち合計で４層未満でも所望のすぐれた耐
摩耗性が確保できず、一方、それぞれの平均層厚が、Al
2O3層:2μｍおよびTiN（Ｃ・Ｏ）層:1μｍを越え、かつ
合計で10μｍを越えると、欠けやチッピングが発生し易
くなることから、それぞれの平均層厚を、Al2O3:0.3〜
２μｍ、TiN（Ｃ・Ｏ）:0.2〜１μｍにして、合計層厚
を２〜10μｍと定めた。
また、最外層をTiNで構成すると、これをAl2O3層で構
成した場合に比して切刃の耐クレーター摩耗性が向上す
るようになり、しかもこのTiN層は物理蒸着法による形
成の方が化学蒸着法による形成に比して粒成長が抑制さ
れることから望ましい。
成した場合に比して切刃の耐クレーター摩耗性が向上す
るようになり、しかもこのTiN層は物理蒸着法による形
成の方が化学蒸着法による形成に比して粒成長が抑制さ
れることから望ましい。
なお、この発明の切削工具における付着強化層のCoお
よびＷ含有のTiC層からなる下層は、通常の化学蒸着法
によりTiC層を形成するに際して、1000℃前後の反応温
度に昇温する過程の雰囲気（多くの場合、水素雰囲気）
中に２容量％以上のCH4を含有させ、反応温度に昇温
後、TiC層を形成する反応ガス組成に変えると、基体中
のCoおよびＷが拡散含有されるようになり、所定の組成
とすることができる。
よびＷ含有のTiC層からなる下層は、通常の化学蒸着法
によりTiC層を形成するに際して、1000℃前後の反応温
度に昇温する過程の雰囲気（多くの場合、水素雰囲気）
中に２容量％以上のCH4を含有させ、反応温度に昇温
後、TiC層を形成する反応ガス組成に変えると、基体中
のCoおよびＷが拡散含有されるようになり、所定の組成
とすることができる。
つぎに、この発明の切削工具を実施例により具体的に
説明する。
説明する。
重量％で、Co:6％、TiC:2％、TaC:5％を含有し、残り
がWCと不可避不純物からなる組成、並びにCIS規格SNMG4
32の形状をもつたWC基超硬合金基体（以下基体１とい
う）、およびCo:5％、TiC:5％、TaC:5％を含有し、残り
がWCと不可避不純物からなる組成、並びに前記基体１と
同一形状をもつたWC基超硬合金基体（以下基体２とい
う）を用意し、これら基体の表面に、通常の化学蒸着法
にて、反応ガスとして、TiCl4、H2、CH4、N2、CO2、お
よびAlCl2を用い、これら反応ガスを適宜組合せて、 反応温度:1000℃、炉内圧力:500mmHg、の条件で、それ
ぞれ第１表に示される組成および平均層厚をもつた付着
強化層および硬質被覆層を形成することによつて本発明
表面被覆超硬合金製切削工具（以下、本発明被覆切削工
具という）１〜７をそれぞれ製造した。
がWCと不可避不純物からなる組成、並びにCIS規格SNMG4
32の形状をもつたWC基超硬合金基体（以下基体１とい
う）、およびCo:5％、TiC:5％、TaC:5％を含有し、残り
がWCと不可避不純物からなる組成、並びに前記基体１と
同一形状をもつたWC基超硬合金基体（以下基体２とい
う）を用意し、これら基体の表面に、通常の化学蒸着法
にて、反応ガスとして、TiCl4、H2、CH4、N2、CO2、お
よびAlCl2を用い、これら反応ガスを適宜組合せて、 反応温度:1000℃、炉内圧力:500mmHg、の条件で、それ
ぞれ第１表に示される組成および平均層厚をもつた付着
強化層および硬質被覆層を形成することによつて本発明
表面被覆超硬合金製切削工具（以下、本発明被覆切削工
具という）１〜７をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、付着強化層の形成を行なわれな
い以外は同一の条件で従来表面被覆超硬合金製切削工具
（以下、従来被覆切削工具という）１〜７をそれぞれ製
造した。
い以外は同一の条件で従来表面被覆超硬合金製切削工具
（以下、従来被覆切削工具という）１〜７をそれぞれ製
造した。
なお、本発明被覆切削工具１〜７の付着強化層におけ
る下層の形成にあたつては、その昇温時の水素雰囲気中
に同じく第１表に示される量のCH4を含有させ、このCH4
の含有量の違いによつて下層におけるCoおよびＷの含有
量の調製をはかつた。
る下層の形成にあたつては、その昇温時の水素雰囲気中
に同じく第１表に示される量のCH4を含有させ、このCH4
の含有量の違いによつて下層におけるCoおよびＷの含有
量の調製をはかつた。
ついで、この結果得られた本発明被覆切削工具１〜７
および従来被覆切削工具１〜７について、 被削材:SNCM439（硬さ:HB270）、 切削速度:500m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:2mm、 切削時間:20分、 の条件（以下切削条件１という）での鋼の湿式高速切削
試験、並びに、 被削材:FC20（硬さ:HB140）、 切削速度:600m/min.、 送り:0.3mm/rev.、 切込み:2mm、 切削時間:20分、 の条件（以下切削条件２という）での鋳鉄の湿式高速切
削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅とすくい面摩耗深
さを測定した。これらの測定結果を第２表に示した。
および従来被覆切削工具１〜７について、 被削材:SNCM439（硬さ:HB270）、 切削速度:500m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:2mm、 切削時間:20分、 の条件（以下切削条件１という）での鋼の湿式高速切削
試験、並びに、 被削材:FC20（硬さ:HB140）、 切削速度:600m/min.、 送り:0.3mm/rev.、 切込み:2mm、 切削時間:20分、 の条件（以下切削条件２という）での鋳鉄の湿式高速切
削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅とすくい面摩耗深
さを測定した。これらの測定結果を第２表に示した。
第２表は示される結果から、本発明被覆切削工具１〜
７は、いずれの切削試験でも硬質被覆層に剥離の発生が
なく、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、従来被覆切
削工具１〜７においては、いずれも切刃に欠けが発生
し、比較的短時間で使用寿命に到り、実用に供するには
問題があることが明らかである。
７は、いずれの切削試験でも硬質被覆層に剥離の発生が
なく、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、従来被覆切
削工具１〜７においては、いずれも切刃に欠けが発生
し、比較的短時間で使用寿命に到り、実用に供するには
問題があることが明らかである。
上述のように、この発明の表面被覆超硬合金製切削工
具は、付着強化層の介在によつて硬質被覆層が強固に付
着しているので、切削速度が500m/min.以上の高速切削
でも硬質被覆層が剥離することがなく、硬質被覆層のも
つすぐれた耐摩耗性と合まつて、すぐれた切削性を著し
く長期に亘つて発揮するものである。
具は、付着強化層の介在によつて硬質被覆層が強固に付
着しているので、切削速度が500m/min.以上の高速切削
でも硬質被覆層が剥離することがなく、硬質被覆層のも
つすぐれた耐摩耗性と合まつて、すぐれた切削性を著し
く長期に亘つて発揮するものである。
Claims (3)
- 【請求項１】（ａ） 炭化タングステン基超硬合金基体
の表面に、 （ｂ） Co:0.1〜10重量％、W:0.3〜25重量％、 を含有し、残りが炭化チタンからなる平均層厚:0.2〜３
μｍの下層と、 炭窒化チタンまたは窒化チタンからなる平均層厚:0.2〜
３μｍの中間層と、 炭化チタンからなる平均層厚:1〜10μｍの上層、 で構成された付着強化層を介して、 （ｃ） 平均層厚:0.3〜２μｍの酸化アルミニウムと、
平均層厚:0.2〜１μｍを有する窒化チタン、炭窒化チタ
ン、炭酸窒化チタン、酸窒化チタン、または酸炭化チタ
ンとの交互４層以上の積層からなる平均層厚:2〜10μｍ
の硬質被覆層、を形成してなる高速切削用表面被覆超硬
合金製切削工具。 - 【請求項２】上記硬質被覆層の最外層が窒化チタン層で
構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項３】上記硬質被覆層の最外層が物理蒸着法を用
いて形成された窒化チタン層からなることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の高速切削用表面被覆超
硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63074952A JP2556089B2 (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63074952A JP2556089B2 (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01252306A JPH01252306A (ja) | 1989-10-09 |
| JP2556089B2 true JP2556089B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=13562172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63074952A Expired - Lifetime JP2556089B2 (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 高速切削用表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2556089B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE526603C3 (sv) * | 2003-01-24 | 2005-11-16 | Sandvik Intellectual Property | Belagt hårdmetallskär |
| JP3927589B1 (ja) * | 2006-01-17 | 2007-06-13 | 酒井精工株式会社 | 回転切削工具および回転切削工具の製造方法 |
| JP2008254158A (ja) * | 2007-04-09 | 2008-10-23 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP5177534B2 (ja) * | 2008-09-25 | 2013-04-03 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| RU2769502C1 (ru) * | 2018-06-28 | 2022-04-01 | Аб Сандвик Коромант | Режущий инструмент с покрытием |
-
1988
- 1988-03-29 JP JP63074952A patent/JP2556089B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01252306A (ja) | 1989-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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