JP2657236B2 - 被覆超硬質合金工具 - Google Patents
被覆超硬質合金工具Info
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- JP2657236B2 JP2657236B2 JP2174278A JP17427890A JP2657236B2 JP 2657236 B2 JP2657236 B2 JP 2657236B2 JP 2174278 A JP2174278 A JP 2174278A JP 17427890 A JP17427890 A JP 17427890A JP 2657236 B2 JP2657236 B2 JP 2657236B2
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被覆超硬質合金工具の改良に関するものであ
る。詳細には、耐欠損性を向上した被覆超硬質合金工具
の応用範囲の拡大に関するものである。
る。詳細には、耐欠損性を向上した被覆超硬質合金工具
の応用範囲の拡大に関するものである。
［従来の技術］ 硬質相がWC、（WTiTa）Ｃ及びCoからなる超硬質合金
にTiC、Al2O3、TiCN、TiN等を種々組み合わせた多層被
覆工具は、その適用範囲が広くかつ長寿命の切削工具、
耐磨工具等として実用に供せられている。
にTiC、Al2O3、TiCN、TiN等を種々組み合わせた多層被
覆工具は、その適用範囲が広くかつ長寿命の切削工具、
耐磨工具等として実用に供せられている。
その製造方法は主としてCVD法、PVD法が用いられてい
るが、プロセス技術の進歩により様々な被覆方法もとら
れている。
るが、プロセス技術の進歩により様々な被覆方法もとら
れている。
また、基体にはJIS Ｍ系超硬合金にTiNを微量添加し
た合金が広く用いられ、窒素の添加により、脱β層等の
表面改質が計れ、より靭性が向上している。従来、耐摩
耗性重視の用途にはCVD法によりTiC、Al2O3等の多層被
覆が使用され耐欠損性重視の用途には強度の劣化が少な
いPVD法によりTiNを被覆した工具が適用されている。
た合金が広く用いられ、窒素の添加により、脱β層等の
表面改質が計れ、より靭性が向上している。従来、耐摩
耗性重視の用途にはCVD法によりTiC、Al2O3等の多層被
覆が使用され耐欠損性重視の用途には強度の劣化が少な
いPVD法によりTiNを被覆した工具が適用されている。
［発明が解決しようとする問題点〕 つぎに、超硬質合金の基体については、従来M20〜M30
相当の合金にTiN等の窒化物を添加し、表面近傍に、い
わゆる脱ベータ層を作り（基体表面から５〜50ミクロン
程度をWC−Co相とする）、皮膜から伝播するクラック等
の伸展を阻害し、基体−皮膜の強度を高める方法が取ら
れている。（特開昭54−87719） しかし、この方法では、 １）基体中に多量の窒化物を添加するため、焼結性が悪
くなり、欠陥が発生しやすくなる。
相当の合金にTiN等の窒化物を添加し、表面近傍に、い
わゆる脱ベータ層を作り（基体表面から５〜50ミクロン
程度をWC−Co相とする）、皮膜から伝播するクラック等
の伸展を阻害し、基体−皮膜の強度を高める方法が取ら
れている。（特開昭54−87719） しかし、この方法では、 １）基体中に多量の窒化物を添加するため、焼結性が悪
くなり、欠陥が発生しやすくなる。
２）皮膜最内層がTiC、TiN等のTi化合物であり、接合部
分が同種の材料でないため、密着強度が弱く、特にTiC
の場合にはカーボンの移動による脱炭層が生じやすい等
の欠点がある。そのため、特開昭54−87119では、基体
中にフリーカーボンを0.01〜0.5％程度含有させる等の
対策を講じている。
分が同種の材料でないため、密着強度が弱く、特にTiC
の場合にはカーボンの移動による脱炭層が生じやすい等
の欠点がある。そのため、特開昭54−87119では、基体
中にフリーカーボンを0.01〜0.5％程度含有させる等の
対策を講じている。
つぎに、皮膜について、その要因は数多くあり、用途
により特長を持たせる事が可能である。そのため化学蒸
着法（CVD）の特長を生かして、強度を優先する皮膜の
適用、すなわち、基体と皮膜間の脱炭層を少なくするた
めにはカーボンの総量を多くするよう選定し、かつ、皮
膜−皮膜間の密着性、微細化を確保するため１つの層を
薄くすることに効果がある。
により特長を持たせる事が可能である。そのため化学蒸
着法（CVD）の特長を生かして、強度を優先する皮膜の
適用、すなわち、基体と皮膜間の脱炭層を少なくするた
めにはカーボンの総量を多くするよう選定し、かつ、皮
膜−皮膜間の密着性、微細化を確保するため１つの層を
薄くすることに効果がある。
［課題点を解決するための手段］ そのため、本発明者らはJIS Ｍ系超硬合金において
脱ベータ層を前提とし、脆弱な脱炭層の生成の防止に関
して種々検討した結果、CVD法でTiC皮膜を組み合わせる
基体表面近傍の結合相中に窒素を固溶していると脱炭層
の原因となるカーボンの移動が減少し脱炭層の生成が著
しく減少することを見いだした。そのため基体との密着
がよく、また、基体中にＣの含有量を内層にTiCを密着
性が改善される程度組み合わせても、脱ベータ層による
強度の向上と、脱炭層を減少する事が可能となり、総合
的に重断続切削の衝撃によるチッピングや皮膜の剥離に
対し、十分な強度の被覆工具が得られた。
脱ベータ層を前提とし、脆弱な脱炭層の生成の防止に関
して種々検討した結果、CVD法でTiC皮膜を組み合わせる
基体表面近傍の結合相中に窒素を固溶していると脱炭層
の原因となるカーボンの移動が減少し脱炭層の生成が著
しく減少することを見いだした。そのため基体との密着
がよく、また、基体中にＣの含有量を内層にTiCを密着
性が改善される程度組み合わせても、脱ベータ層による
強度の向上と、脱炭層を減少する事が可能となり、総合
的に重断続切削の衝撃によるチッピングや皮膜の剥離に
対し、十分な強度の被覆工具が得られた。
［作用］ 以上のごとく、本発明は周期律表の4a,5a,6a族の炭化
物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Fe族、Cr族の１種
以上よりなる超硬質合金を基体とし、該基体表面に５〜
50ミクロンの脱ベータ層を生成し、その基体上に １）内層としてTiC 0.2〜５ミクロン ２）外層としてTiC、TiN、TiCNまたはAl2O3の１種また
は２種以上５〜15ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具である。
物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Fe族、Cr族の１種
以上よりなる超硬質合金を基体とし、該基体表面に５〜
50ミクロンの脱ベータ層を生成し、その基体上に １）内層としてTiC 0.2〜５ミクロン ２）外層としてTiC、TiN、TiCNまたはAl2O3の１種また
は２種以上５〜15ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具である。
本発明による被覆工具の脱ベータ層、皮膜は以下の理
由により限定される。
由により限定される。
１）膜ベータ層 ５〜50ミクロン 脱ベータ層の厚さが５ミクロン未満では充分な強度を
付与することが出来ず、50ミクロンをこえると耐摩耗性
（耐溶着性）が悪くなるため５〜50ミクロンとした。
付与することが出来ず、50ミクロンをこえると耐摩耗性
（耐溶着性）が悪くなるため５〜50ミクロンとした。
また、脱ベータ層を生成するためには窒化物を添加
し、その脱窒現象を応用した溶質移動により生成する方
法が一般的に行われているが、本発明では焼結時の雰囲
気調整を窒素雰囲気と浸炭性雰囲気を調整することによ
り結合金属量をほぼ同量に保ちつつ生成する事ができ
る。また、TiNでも十分生成出来るが、他の窒化物で
も、例えばTa、Nb等の5a族の窒化物、炭窒化物でもその
添加量と窒素雰囲気調整により十分生成する事ができ
る。
し、その脱窒現象を応用した溶質移動により生成する方
法が一般的に行われているが、本発明では焼結時の雰囲
気調整を窒素雰囲気と浸炭性雰囲気を調整することによ
り結合金属量をほぼ同量に保ちつつ生成する事ができ
る。また、TiNでも十分生成出来るが、他の窒化物で
も、例えばTa、Nb等の5a族の窒化物、炭窒化物でもその
添加量と窒素雰囲気調整により十分生成する事ができ
る。
２）内層 TiC 0.2〜５ミクロン 基体WC−Co合金との密着性を保つためには0.2ミクロ
ン以上必要であり、また５ミクロンを越えると界面に脱
炭層を生じやすくなるため0.2〜５ミクロンとした。
ン以上必要であり、また５ミクロンを越えると界面に脱
炭層を生じやすくなるため0.2〜５ミクロンとした。
３）外層 TiC、TiN、TiCNまたはAl2O3の１種または２
種以上 ５〜15ミクロン 耐摩耗性を十分にもたせるため、５ミクロン以上必要
であり、また15ミクロンを越えると皮膜全体の厚さが厚
くなり剥離を生じやすくなるため、５〜15ミクロンとし
た。
種以上 ５〜15ミクロン 耐摩耗性を十分にもたせるため、５ミクロン以上必要
であり、また15ミクロンを越えると皮膜全体の厚さが厚
くなり剥離を生じやすくなるため、５〜15ミクロンとし
た。
以下、本発明に関し具体的に説明する。
［実施例１］ 市販のWC粉末（平均粒度5.0μｍ）、TiC粉末（同1.0
μｍ）、TiN粉末（同1.0μｍ）、TaC粉末（1.5μｍ）及
び結合相としてCo粉末を使用して、一般に旋削用の基体
に使用されるJIS M20相当（組成86WC−2TiC−5TaC−7C
o−0.2TiN）になるように配合した。これらの粉末をＮ
量を変化させつつ配合し、混合終了後、乾燥した後、プ
レス成形し、窒素雰囲気を調整した真空中1400℃で1hr
焼結したのち、SNMA432の形状に加工した。
μｍ）、TiN粉末（同1.0μｍ）、TaC粉末（1.5μｍ）及
び結合相としてCo粉末を使用して、一般に旋削用の基体
に使用されるJIS M20相当（組成86WC−2TiC−5TaC−7C
o−0.2TiN）になるように配合した。これらの粉末をＮ
量を変化させつつ配合し、混合終了後、乾燥した後、プ
レス成形し、窒素雰囲気を調整した真空中1400℃で1hr
焼結したのち、SNMA432の形状に加工した。
このチップを研磨し脱ベータ層の厚さを測定した結果
を第１表に示す。Ｎ量が少ないと十分な脱ベータ層は生
成できずある程度以上の添加量が必要であり、また、添
加はTiNとして実施し、雰囲気調整はＮガスを焼結途上
より導入した。
を第１表に示す。Ｎ量が少ないと十分な脱ベータ層は生
成できずある程度以上の添加量が必要であり、また、添
加はTiNとして実施し、雰囲気調整はＮガスを焼結途上
より導入した。
［実施例２］ 実施例１と同様な粉末とTaN粉末（1.5μｍ）NbN粉末
（1.5μｍ）を使用して、液相発生温度以下における焼
結時の真空度、保持時間を変化させる事により脱ベータ
層の厚さを変化させ、実施例１と同様な方法で測定し
た。第２表にその脱ベータ層の厚さを示す。
（1.5μｍ）を使用して、液相発生温度以下における焼
結時の真空度、保持時間を変化させる事により脱ベータ
層の厚さを変化させ、実施例１と同様な方法で測定し
た。第２表にその脱ベータ層の厚さを示す。
TaN、TbN等の窒化物でも添加量と雰囲気の調整により
十分な厚さの脱ベータ層が得られる。
十分な厚さの脱ベータ層が得られる。
［実施例３］ 実施例１、試料番号３で用いたJIS M30相当の超硬合
金（脱ベータ層25ミクロンを生成）、でSNMA432を製作
した。その表面に目的に応じて様々な表面処理を実施し
た。TiCはCVD反応炉中に設置し、H2ガスを流しながら、
1000℃まで昇温しTiCl42％、CH44％、H2残からなる混合
気体を流量７リッター/min 圧力40mmHgの条件で供給し0.2時間〜３時間反応させ
基体上にTiCを0.2〜６ミクロンの被覆層を形成させた。
金（脱ベータ層25ミクロンを生成）、でSNMA432を製作
した。その表面に目的に応じて様々な表面処理を実施し
た。TiCはCVD反応炉中に設置し、H2ガスを流しながら、
1000℃まで昇温しTiCl42％、CH44％、H2残からなる混合
気体を流量７リッター/min 圧力40mmHgの条件で供給し0.2時間〜３時間反応させ
基体上にTiCを0.2〜６ミクロンの被覆層を形成させた。
製作した資料の膜質と膜厚を第１表に示す。
そのチップの耐欠損性と、剥離性を確認するため、フ
ライス工具での１枚刃切削にて切削試験を実施した。
ライス工具での１枚刃切削にて切削試験を実施した。
ホルダー ダブルネガタイプ １枚刃 チップ SNMA432 被削材 SCM440 HS45 切削速度 200m/min 送り 0.3mm/刃 切り込み 約5mm 寿命判定 ５分切削後の損傷観察 切削後の損傷状態は、剥離によるもの、チッピングを
生じたもの、正常摩耗の３種類に分類できるが、その結
果を第３表に併記する。
生じたもの、正常摩耗の３種類に分類できるが、その結
果を第３表に併記する。
第３表より内層TiCではある程度薄くても剥離を生じ
ないが、TiC層がない場合には剥離を生じた。しかし、
内層TiCが厚くなるにしたがい脱炭層の生成が多くなる
傾向にあった。
ないが、TiC層がない場合には剥離を生じた。しかし、
内層TiCが厚くなるにしたがい脱炭層の生成が多くなる
傾向にあった。
［実施例４］ 実施例１、試料番号５で用いたJIS M30相当の超硬合
金（脱ベータ層35ミクロンを生成）、でSNMA432を製作
した。その表面に目的に応じて様々な表面処理を実施し
た。その層構造を第４表に示す。
金（脱ベータ層35ミクロンを生成）、でSNMA432を製作
した。その表面に目的に応じて様々な表面処理を実施し
た。その層構造を第４表に示す。
切削試験の条件は構造用鋼丸棒の断続切削にて実施し
た。断続切削では負荷が衝撃的に加わり、切削性能上重
要な耐チッピング性を確認した。
た。断続切削では負荷が衝撃的に加わり、切削性能上重
要な耐チッピング性を確認した。
切削速度 200m/min 送り 0.2mm/rev 切込み 3.0mm 切削時間 2min その結果、本発明のチップは皮膜の多層化に伴い、正
常な摩耗を示し、かつ、チッピングもなかった。さらに
耐摩耗性を比較するため同様な切削条件で継続して行っ
た。切削時間10分では各チップとも大差ないが、30分切
削後の逃げ面最大摩耗量ではいずれも正常摩耗を示し、
多層化の効果が確認できた。
常な摩耗を示し、かつ、チッピングもなかった。さらに
耐摩耗性を比較するため同様な切削条件で継続して行っ
た。切削時間10分では各チップとも大差ないが、30分切
削後の逃げ面最大摩耗量ではいずれも正常摩耗を示し、
多層化の効果が確認できた。
［発明の効果〕 本発明の被覆超硬質合金工具は皮膜内層TiCを生かし
た基体表面近傍の強度アップと、脱炭層の減少を達成
し、刃先強度を増し、耐チッピング性、耐摩耗性を向上
させたものであり、被覆工具の寿命安定性をまし、より
適用範囲を広げた工具である。
た基体表面近傍の強度アップと、脱炭層の減少を達成
し、刃先強度を増し、耐チッピング性、耐摩耗性を向上
させたものであり、被覆工具の寿命安定性をまし、より
適用範囲を広げた工具である。
Claims (5)
- 【請求項１】周期律表の4a、5a、6a族の炭化物、窒化
物、炭窒化物の１種以上と、Fe族、Cr族の１種以上より
なる超硬合金を基体とし、該基体表面に５〜50ミクロン
の脱ベータ層を生成し、その基体上には、 １）内層として、TiC 0.2〜２ミクロン ２）外層として、TiC、TiN、TiCNまたはAl2O3の１種ま
たは２種以上 ５〜15ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具。 - 【請求項２】請求項１記載の被覆超硬質合金工具におい
て、該基体表面に脱ベータ層を生成するため、窒化物を
Ｎ量に換算して0.1〜1.0％含有させたことを特徴とする
被覆超硬質合金工具。 - 【請求項３】請求項２記載の被覆超硬質合金工具におい
て、窒化物がTiNで有ることを特徴とする被覆超硬質合
金工具。 - 【請求項４】請求項２記載の被覆超硬質合金工具におい
て、窒化物がTaNで有ることを特徴とする被覆超硬質合
金工具。 - 【請求項５】請求項１記載の被覆超硬質合金工具におい
て、外層のAl2O3皮膜が複層からなることを特徴とする
被覆超硬質合金工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174278A JP2657236B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 被覆超硬質合金工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174278A JP2657236B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 被覆超硬質合金工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0463605A JPH0463605A (ja) | 1992-02-28 |
| JP2657236B2 true JP2657236B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=15975868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2174278A Expired - Fee Related JP2657236B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 被覆超硬質合金工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2657236B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5928628B2 (ja) * | 1979-05-08 | 1984-07-14 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆超硬合金工具 |
| JPS5662961A (en) * | 1979-10-26 | 1981-05-29 | Mitsubishi Metal Corp | Surface coated sintered hard alloy member for cutting tool |
| JPS55148764A (en) * | 1980-04-24 | 1980-11-19 | Mitsubishi Metal Corp | Super hard alloy member having hard surface-coating layer with high adhesive strength |
-
1990
- 1990-06-29 JP JP2174278A patent/JP2657236B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0463605A (ja) | 1992-02-28 |
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