JP2603177B2 - 耐欠損性に優れる被覆焼結合金 - Google Patents
耐欠損性に優れる被覆焼結合金Info
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Description
優れる被覆焼結合金に関し、特に切削工具又は耐摩耗工
具に代表される工具用として最適な耐欠損性に優れる被
覆焼結合金に関するものである。
結合金の基体の表面に、高硬質な被膜を被覆してなる被
覆焼結合金は、大別すると、化学蒸着法(CVD法)に
よる被覆焼結合金と物理蒸着法(PVD法)による被覆
焼結合金がある。これらの被覆焼結合金は、製造条件に
基づく残留応力、又は被膜の材質と基体の材質による熱
膨張係数の差に基づく残留応力が被膜及び基体の表面部
に残在している。
結合金の諸特性との関係について検討されている代表的
なものとしては、山本らの日本金属学会誌50(3)
(1986)320、及び特開昭64−31972号公
報がある。
誌50(3)(1986)320によると、CVD法に
よる被覆焼結合金は、基体の表面部に存在する硬質相で
ある炭化タングステン及び被膜である窒化チタンの両方
に引張応力が作用していると記載されている。そして、
山本らの同文献には、CVD法による被覆焼結合金は、
PVD法による被覆焼結合金又は被膜の被覆されてない
焼結合金に比べて、抗折強度及び破壊靭性値が極端に低
下するという問題が記載されている。
は、CVD法による被覆焼結合金の基体表面部に存在す
る硬質相及び/又は被膜に、50kg/mm2以上の圧
縮応力を付与した被覆焼結合金が記載されている。同公
報の被覆焼結合金は、従来のCVD法による被覆焼結合
金の被膜表面からショットピーニング法又はサンドブラ
スト法等により衝撃力を付加して、基体表面部の硬質相
及び/又は被膜に存在する引張応力を圧縮応力とし、被
覆焼結合金の強度を顕著に高めたという優れた合金であ
るが、基体の結合相量,被膜の厚さ,被膜の膜質及び多
重層被膜によっては、逆に強度低下になるという問題が
ある。
決したもので、具体的には、基体表面部の硬質相と被膜
との両方にバランスよく応力を付与し、耐衝撃性及び耐
欠損性を最高に維持できるようにした被覆焼結合金の提
供を目的とするものである。
合金の基体表面部の硬質相と被膜とに内在する応力の制
御と、それぞれに付与する応力と切削工具としての性能
との関係について検討していた所、基体表面部の硬質相
と被膜とに付与される最適残留応力は、基体の結合相量
及び被膜の構成により異なり、基体表面部の硬質相には
圧縮応力を、被膜には小さい引張応力を付与し、基体の
結合相を変態させると耐衝撃性及び耐欠損性が顕著に優
れるという知見を得て、本発明を完成するに至ったもの
である。
焼結合金は、周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化
物,窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1
種の硬質相と、Ni,Co又はNi−Co合金を主成分
とする結合相からなる焼結合金の基体の表面に化学蒸着
法により被膜を被覆してなる被覆焼結合金において、該
結合相は2〜12重量%からなり、かつX線回折法にお
いて求める面心立方晶構造の結合相(F.C.C.)に
対する六方晶構造の結合相(h.C.P)の積分強度比
が0.2以上(h.C.P/F.C.C.≧0.2)で
なり、該基体の表面部に存在する該硬質相は30〜80
kg/mm2の圧縮応力が付与されている合金である。
来から公知公用されている超硬合金又はサーメットでな
り、具体的には、例えばTiC,ZrC,HfC,V
C,NbC,TaC,WC,Cr3C2,Mo2C,Ti
N,ZrN,HfN,VN,NbN,TaN,Ti
(C,N),(Ti,Ta)C,(Ti,Ta,W)
C,(Ti,Ta,Nb,W)C,(Ti,Ta)
(C,N),(Ti,Ta,W)(C,N)の中の1種
以上の硬質相と、Ni,Co又はNi−Co合金、もし
くはこれらに硬質相の元素やFeが数%以下固溶してな
る結合相とからなるものである。これらの内、WCをベ
ースとする硬質相でなる超硬合金、又はTiCやTi
(C,N)をベースとする硬質相でなるサーメットから
なる基体の場合は、その効果が顕著になることから特に
好ましい。
重量%未満になると、硬質相と被膜とに残存する応力を
制御してもその効果が弱く、逆に基体全体の12重量%
を超えて多くなると、本発明を構成する残留応力の範囲
では、その効果が弱くなるために、基体の結合相量を2
〜12重量%と定めた。結合相は、Co又はCoを含ん
だ合金からなる基体で構成される従来の被覆焼結合金の
場合は、ほぼ100%が面心立方晶構造の結晶構造であ
るが、被膜の表面から最適な方法で衝撃力を付加するこ
とにより、基体表面部の結合相の結晶構造が六方晶構造
に変態する。本発明の被覆焼結合金における結合相は、
できるだけ六方晶構造に変態した状態が好ましく、特に
X線回折法において求める基体表面部に存在する結合相
が面心立方晶構造の結合相にれを「F.C.C」と表わ
す)に対する六方晶構造の結合相にれを「h.C.P」
と表わす)の積分強度比で0.2以上(すなわち「h.
C.P」/「F.C.C」≧0.2と表わせる)でなる
と、耐欠損性に一層優れた効果を発揮する。
部に存在する硬質相に付与される圧縮応力が30kg/
mm2未満になると、被膜に付与される応力にも影響を
受けるが耐欠損性に対する効果が弱く、逆に80kg/
mm2を超えて多くなると、バラツキが高く、かつ応力
の付与が困難になる。この基体の表面部に存在する硬質
相とは、基体の表面又は表面から基体の内部へ向って約
10μmの深さまでに存在する硬質相であって、別の表
現をすると結晶X線回折装置におけるX線が被膜表面か
ら基体内部へ透過検出し得る深さであり、実質的には、
使用X線ターゲット等の測定条件により深さが異なる。
膜材質としては、特に制限を受けないが、基体の熱膨張
係数と被膜材質の熱膨張係数との差が大きい程、その効
果が高く、具体的には、例えば周期律表の4a,5a,
6a族金属の炭化物,窒化物,酸化物,ホウ化物,Si
の炭化物,窒化物,Alの酸化物,窒化物及びこれらの
相互固溶体、ダイヤモンド,ダイヤモンド状カーボン,
立方晶窒化ホウ素を挙げることができる。この被膜の厚
さは、厚くしすぎると剥離しやすくなるために20μm
以下、特に15μm以下でなる場合はバラツキも小さ
く、性能的にも安定し、かつ優れた効果があるので好ま
しい。
炭酸化物,窒酸化物,Alの酸化物及びこれらの相互固
溶体の中の1種以上でなり、かつ2層以上の多重層で形
成されている場合には、被膜に付与された応力及び基体
の表面部に存在する硬質相に付与された応力による耐欠
損性への効果が顕著になることから、好ましい。
硬質相に付与される圧縮応力と、被膜に付与される引張
応力からなり、この硬質相と被膜とのバランス関係が重
要であり、このとき被膜の総数が多くなればなるほど効
果が高く、特に3層以上の多層、さらに5層以上の多層
でなる場合には一層顕著な効果が発揮される。被膜の全
厚さが同一ならば被膜の総数が多いほど本発明における
効果が顕著になり好ましい。
される引張応力が20kg/mm2を超えて多くなる
と、被膜の剥離が容易となること、耐衝撃性及び耐欠損
性を高める効果が極減し、従来の被覆焼結合金に近似し
てくる。
による被覆焼結合金の表面から最適衝撃力を付加し、被
膜と基体表面部の硬質相に付与される応力を制御するこ
とにより作製することができる。具体的には、例えばシ
ョットピーニング法又はサンドブラスト法でもって、所
定の特性を有する物質を所定速度で被覆焼結合金の被膜
表面に飛翔衝突させることにより作製することができ
る。
方法について、詳細に説明すると、被膜表面から飛翔衝
突させる所定の特性を有する物質(飛翔物質)とは、密
度,ヤング率,ポアソン比及び直径を考慮した球状体の
物質であって、例えば直径0.3〜1mmの鋼球又は直
径0.1〜1mmの超硬合金を挙げることができる。ま
た、この飛翔物質を飛翔させるための所定速度は、例え
ば5〜100m/sを目安とすればよく、飛翔物質が鋼
球の場合は30〜100m/s、飛翔物質が超硬合金球
の場合は5〜60m/s、さらに球状体の大きさが直径
0.1〜0.4mmの場合は60〜100m/s、直径
0.4〜0.7mmの場合は30〜70m/s、直径
0.7〜1.0mmの場合は5〜40m/sからなるこ
とが好ましい。
翔物質でなる場合は、速度を速める方向とし、超硬合金
球のように硬質な飛翔物質の場合は、速度を遅くし、か
つできるだけ微細球のものが好ましい。
する硬質相に付与された圧縮応力と、被膜に付与された
引張応力とのバランスでもって合金全体の耐衝撃性,強
度及び耐欠損性を高めており、特に、前者の圧縮応力を
付与された硬質相が被膜形成時の工程中に被膜内に生じ
た微少クラック、もしくは応力を付与するために被膜表
面から付加した衝撃力によって被膜内に生じた微少クラ
ックの基体内部への進展を阻止する作用をし、新たな微
少クラックが被膜内に発生した場合にも、前者の硬質相
が微少クラックの基体内部への進展を阻止する2段防壁
作用となっているものである。一方、後者の被膜に付与
された最適な引張応力は、実用時等に被膜表面からの衝
撃が付加された場合、被膜内に発生する微少クラックの
進展速度を緩和する作用となり、その結果微少クラック
が基体内部へ進展するのを防止する間接的作用にもなっ
ている。
超硬合金の基体を用いて、従来から行われているCVD
法により、基体表面に被膜を被覆させて被覆焼結合金を
作製した。被膜は、基体表面から順次2μmTiC−2
μmAl2O3−2μmTi(C,N)−3μmAl2O3
−1μmTiC−2μmAl2O3−1μmTiN(膜厚
及び膜質)からなるものであった。
0.4mmの鋼球を用いて速度60m/sのショットピ
ーニング条件でもって衝撃力を付加して、本発明品1を
得た。また、本発明品1の内、平均直径0.5mmの鋼
球を用いた以外は、本発明品1と同様に行って本発明品
2を得た。
0.05mm,0.1mm,0.2mmの鋼球とした以
外は、本発明品1と同様に行ってそれぞれ比較品1,2
及び3を得た。また、本発明品1の内、13μmTiC
の被膜とした以外は、本発明品1と同様にして比較品4
を得た。さらに、ショットピーニング処理を施さずに本
発明品1で用いた被覆焼結合金そのものを比較品5とし
た。
〜5の被膜表面からX線を照射し、X線回折法による被
膜の残留応力、基体表面部に存在する硬質相であるWC
の残留応力、及び基体表面部に存在する結合相の結晶構
造を調べて、表1に示した。
いて、Cu管球,Niフィルター,40kv電圧,30
mA電流の条件により発生させたX線で行い、硬質相で
あるWCは(301)面の結晶面における応力を測定
し、被膜はTiCの(224)面の結晶面における応力
を測定して求めたものである。
ーターフレックスタイプのCu官球でモノクロメーター
を使用し、60kv電圧,300A電流の条件により発
生させたX線で行い、(F.C.C)についてはCoの
(111)面と(200)面、(h.C.P)について
はCoの(002)面と(101)面と(110)面と
(103)面の各ピークのバックグランドを除いた積分
強度比を算出して求めたものである。
用いて、被削材:S48C(4本溝入り)、切削速度:
150m/min、送り:0.15mm/rev、切込
み:1.5mmによる乾式切削試験を行い、欠損又はチ
ッピングが発生して寿命になるまでの溝により生じる衝
撃回数を求めて表1に併記した。
11%TaC−56%TiC(重量%)組成の焼結合金
の基体を用いて、従来から行われているCVD法により
基体表面に被膜を被覆させて被覆焼結合金を作製した。
3μmAl2O3−1μmTi(C,N)−1μmTiC
−3μmAl2O3−1μmTiC−2μmAl2O3−1
μmTiN(膜厚及び膜質)からなるものであった。
0.4mmの鋼球を用いて速度40m/sのショットピ
ーニング条件でもって衝撃力を付加して本発明品3を得
た。また、本発明品3の内、平均直径0.5mmの鋼球
を用いた以外は、本発明品3と同様に行って本発明品4
を得た。
0.1mm,0.3mmの鋼球とした以外は、本発明品
3と同様に行って、それぞれ比較品6及び7を得た。ま
た、本発明品3の内、14μmTiNの被膜とした以外
は、本発明品3と同様にして比較品8を得た。さらに、
ショットピーニング処理を施さずに本発明品3で用いた
被覆焼結合金そのものを比較品9とした。
〜9を実施例1で調査した方法と同様にして、TiCを
主成分とする固溶体の硬質相は(224)面の応力を、
被膜はTiCの(224)面の(比較品8はTiNの
(224)面について)応力を測定し、結合相の結晶構
造の結果と共に表2に示した。
を用いて、被削材:S45C(4本のV溝入り)、切削
速度:150m/s、送り:0.15mm/rev、切
込み:1.5mmによる乾式切削試験を行い、欠損又は
チッピングが発生して寿命になるまでのV溝により生じ
る衝撃回数を求めて表2に併記した。
は、応力処理をしてない従来の被覆焼結合金に比べて耐
衝撃性,耐欠損性において約11.0〜20.6倍も向
上し、寿命もこれに伴って向上するという効果があり、
応力処理をした従来の被覆焼結合金又は本発明の範囲を
外れた被覆焼結合金に比べて、バラツキが少なく、品質
管理も容易であり、耐衝撃性,耐欠損性において約1.
8〜16.6倍も向上し、寿命もこれに伴って向上する
という顕著な効果がある。
Claims (2)
- 【請求項1】 周期律表の4a,5a,6a族金属の炭
化物,窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも
1種の硬質相と、Ni,Co又はNi−Co合金を主成
分とする結合相からなる焼結合金の基体の表面に化学蒸
着法により被膜を被覆してなる被覆焼結合金において、
該結合相は2〜12重量%からなり、かつX線回折法に
おいて求める面心立方晶構造の結合相(これを「F.
C.C」と表わす)に対する六方晶構造の結合相(これ
を「h.C.P」と表わす)の積分強度比が0.2以上
(すなわち「h.C.P」/「F.C.C」≧0.2と
表わせる)でなり、該基体の表面部に存在する該硬質相
は30〜80kg/mm2の圧縮応力が付与されている
ことを特徴とする耐欠損性に優れる被覆焼結合金。 - 【請求項2】 上記被膜は、Tiの炭化物,窒化物,炭
酸化物,窒酸化物,Alの酸化物及びこれらの相互固溶
体の中の1種の膜が2層以上の多重層として形成されて
いることを特徴とする請求項1記載の耐欠損性に優れる
被覆焼結合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4283908A JP2603177B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | 耐欠損性に優れる被覆焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4283908A JP2603177B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | 耐欠損性に優れる被覆焼結合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06114641A JPH06114641A (ja) | 1994-04-26 |
JP2603177B2 true JP2603177B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=17671749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4283908A Expired - Lifetime JP2603177B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | 耐欠損性に優れる被覆焼結合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
SE528696C2 (sv) * | 2005-02-25 | 2007-01-23 | Sandvik Intellectual Property | CVD-belagt skär av hårdmetall, cermet eller keramik och sätt att tillverka detsamma |
SE529023C2 (sv) | 2005-06-17 | 2007-04-10 | Sandvik Intellectual Property | Belagt skär av hårdmetall |
JP4776395B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2011-09-21 | 京セラ株式会社 | 切削工具 |
JP5170836B2 (ja) * | 2008-07-03 | 2013-03-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐折損性に優れた超硬合金製ミニチュアドリル |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05177411A (ja) * | 1991-12-26 | 1993-07-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆切削工具及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-09-29 JP JP4283908A patent/JP2603177B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06114641A (ja) | 1994-04-26 |
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