JP2684688B2 - 切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金 - Google Patents
切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金Info
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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、被覆層の炭化タングステン（以下WCで示
す）基超硬合金基体への密着性にすぐれ、特に高速切削
や、高送りおよび高切込みなどの重切削に切削工具とし
て用いた場合にも被覆層の剥離が著しく抑制され、すぐ
れた耐摩耗性を示す表面被覆WC基超硬合金に関するもの
である。
す）基超硬合金基体への密着性にすぐれ、特に高速切削
や、高送りおよび高切込みなどの重切削に切削工具とし
て用いた場合にも被覆層の剥離が著しく抑制され、すぐ
れた耐摩耗性を示す表面被覆WC基超硬合金に関するもの
である。
従来、一般に、鋼などの切削に切削工具として、 結合相形成成分としてのCo,Ni,およびFeのうちの１種
以上:4〜15％、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分としてのTi,Ta,Nb,およびＷの炭化
物、窒化物、および炭窒化物、並びにこれらの２種以上
の固溶体｛ただしＷの窒化物と炭窒化物は除き、以下、
これら全体を、（Ti,Ta,Nb,W）Ｃ・Ｎで示す｝のうちの
１種以上:0.5〜30％、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としてのWCと不
可避不純物からなる組成（以下重量％、以下％は重量％
を示す）を有するWC基超硬合金基体の表面に、化学蒸着
法（CVD法）や物理蒸着法を用いて、Ti,Zr,およびHfの
炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化
物、並びに酸化アルミニウム｛以下、これら全体を、
（Ti,Zr,Hf）Ｃ・Ｎ・Ｏで示す｝のうちの１種の単層ま
たは２種以上の複層からなる被覆層を0.5〜20μｍの平
均層厚で形成してなる表面被覆WC基超硬合金が用いられ
ている。
以上:4〜15％、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分としてのTi,Ta,Nb,およびＷの炭化
物、窒化物、および炭窒化物、並びにこれらの２種以上
の固溶体｛ただしＷの窒化物と炭窒化物は除き、以下、
これら全体を、（Ti,Ta,Nb,W）Ｃ・Ｎで示す｝のうちの
１種以上:0.5〜30％、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としてのWCと不
可避不純物からなる組成（以下重量％、以下％は重量％
を示す）を有するWC基超硬合金基体の表面に、化学蒸着
法（CVD法）や物理蒸着法を用いて、Ti,Zr,およびHfの
炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化
物、並びに酸化アルミニウム｛以下、これら全体を、
（Ti,Zr,Hf）Ｃ・Ｎ・Ｏで示す｝のうちの１種の単層ま
たは２種以上の複層からなる被覆層を0.5〜20μｍの平
均層厚で形成してなる表面被覆WC基超硬合金が用いられ
ている。
しかし、近年の切削の高速化および省力化に伴い、高
速切削や重切削を余儀なくされつつあるが、上記の従来
表面被覆WC基超硬合金の場合、WC基超硬合金基体表面に
対する被覆層の付着強度が十分でないために、これを高
速切削や重切削に用いると被覆層が剥離し易く、この剥
離が原因で摩耗が促進するようになって満足な使用寿命
を示さないのが現状である。
速切削や重切削を余儀なくされつつあるが、上記の従来
表面被覆WC基超硬合金の場合、WC基超硬合金基体表面に
対する被覆層の付着強度が十分でないために、これを高
速切削や重切削に用いると被覆層が剥離し易く、この剥
離が原因で摩耗が促進するようになって満足な使用寿命
を示さないのが現状である。
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WC基超硬合金に着目し、被覆層の基体表
面に対する付着強度を向上せしめるべく研究を行なった
結果、通常、WC基超硬合金基体は、所定の配合組成をも
った圧粉体を、真空中で所定の焼結温度に昇温し、同じ
く真空中で焼結温度に所定時間保持することによって製
造され、この場合製造されたWC基超硬合金基体は、表面
から内部まで均一な組織をもつが、これを上記の通り真
空焼結するに際して、真空雰囲気での昇温時に所定の温
度に昇温した時点で雰囲気を、メタン分解ガスやアンモ
ニア分解ガス、あるいはCOガスなどの滲炭雰囲気とし、
この所定温度での滲炭雰囲気に所定時間保持すると、焼
結後のWC基超硬合金基体の表面部には、内部から表面に
向って、Co含有量が連続的に減少するCo濃度勾配、並び
に硬さが連続的に増加する硬さ勾配をもった表面硬質層
が形成されるようになり、この状態で、CVD法やPVD法に
より被覆層を形成すると、この被覆層の基体表面に対す
る密着性は著しく強固なものとなり、これを高速切削や
重切削に切削工具として用いると、被覆層の剥離は著し
く抑制されるようになることから、すぐれた耐摩耗性を
長期に亘って発揮し、使用寿命の延命化が可能になると
いう知見を得たのである。
の従来表面被覆WC基超硬合金に着目し、被覆層の基体表
面に対する付着強度を向上せしめるべく研究を行なった
結果、通常、WC基超硬合金基体は、所定の配合組成をも
った圧粉体を、真空中で所定の焼結温度に昇温し、同じ
く真空中で焼結温度に所定時間保持することによって製
造され、この場合製造されたWC基超硬合金基体は、表面
から内部まで均一な組織をもつが、これを上記の通り真
空焼結するに際して、真空雰囲気での昇温時に所定の温
度に昇温した時点で雰囲気を、メタン分解ガスやアンモ
ニア分解ガス、あるいはCOガスなどの滲炭雰囲気とし、
この所定温度での滲炭雰囲気に所定時間保持すると、焼
結後のWC基超硬合金基体の表面部には、内部から表面に
向って、Co含有量が連続的に減少するCo濃度勾配、並び
に硬さが連続的に増加する硬さ勾配をもった表面硬質層
が形成されるようになり、この状態で、CVD法やPVD法に
より被覆層を形成すると、この被覆層の基体表面に対す
る密着性は著しく強固なものとなり、これを高速切削や
重切削に切削工具として用いると、被覆層の剥離は著し
く抑制されるようになることから、すぐれた耐摩耗性を
長期に亘って発揮し、使用寿命の延命化が可能になると
いう知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、 結合相形成成分としてのCo,Ni,およびFeのうちの１種
以上:4〜15％、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分としての（Ti,Ta,Nb,W）Ｃ・Ｎのうち
の１種以上:0.5〜30％、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としてのWCと不
可避不純物からなる組成を有し、かつ表面部に、内部か
ら表面に向って、Co含有量が連続的に減少するCo濃度勾
配、並びに硬さが連続的に増加する硬さ勾配をもった表
面硬質層を形成してなるWC基超硬合金基体の表面に、
（Ti,Zr,Hf）Ｃ・Ｎ・Ｏのうちの１種の単層または２種
以上の複層からなる被覆層を0.5〜20μｍの平均層厚で
形成してなる切削工具用表面被覆WC基超硬合金、 に特徴を有するものである。
って、 結合相形成成分としてのCo,Ni,およびFeのうちの１種
以上:4〜15％、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分としての（Ti,Ta,Nb,W）Ｃ・Ｎのうち
の１種以上:0.5〜30％、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としてのWCと不
可避不純物からなる組成を有し、かつ表面部に、内部か
ら表面に向って、Co含有量が連続的に減少するCo濃度勾
配、並びに硬さが連続的に増加する硬さ勾配をもった表
面硬質層を形成してなるWC基超硬合金基体の表面に、
（Ti,Zr,Hf）Ｃ・Ｎ・Ｏのうちの１種の単層または２種
以上の複層からなる被覆層を0.5〜20μｍの平均層厚で
形成してなる切削工具用表面被覆WC基超硬合金、 に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の表面被覆WC基超硬合金において、
上記の通りに数値限定した理由を説明する。
上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ） 基体における結合相形成成分の含有量 これらの成分には、分散相と強固に結合し、基体の強
度および靭性を向上させる作用があるが、その含有量が
４％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の含有量が15％を越えると、基体の耐摩耗性が低下する
ようになることから、その含有量を４〜15％と定めた。
度および靭性を向上させる作用があるが、その含有量が
４％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の含有量が15％を越えると、基体の耐摩耗性が低下する
ようになることから、その含有量を４〜15％と定めた。
（ｂ） 基体における（Ti,Ta,Nb,W）Ｃ・Ｎの含有量 これらの成分には、基体の硬さを高めて、耐摩耗性を
向上させる作用があるので、必要に応じて含有させる
が、その含有量が、0.5％未満では所望の耐摩耗性向上
効果が得られず、一方その含有量が30％を越えると基体
の靭性が低下するようになることから、その含有量を0.
5〜30％と定めた。
向上させる作用があるので、必要に応じて含有させる
が、その含有量が、0.5％未満では所望の耐摩耗性向上
効果が得られず、一方その含有量が30％を越えると基体
の靭性が低下するようになることから、その含有量を0.
5〜30％と定めた。
（ｃ） 被覆層の平均層厚 その平均層厚が0.5μｍ未満では、被覆層形成に伴な
う所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層
厚が20μｍを越えると、耐欠損性が低下し、チッピング
や欠けが発生し易くなることから、その平均層厚を0.5
〜20μｍと定めた。
う所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層
厚が20μｍを越えると、耐欠損性が低下し、チッピング
や欠けが発生し易くなることから、その平均層厚を0.5
〜20μｍと定めた。
なお、この発明の表面被覆WC基超硬合金における表面
硬質層のCo濃度勾配および硬さ濃度勾配は、圧粉体の配
合組成や、焼結時の昇温過程における滲炭雰囲気の温
度、保持時間、および圧力などによって変化するので、
これらを制御することにより所定の勾配に調整すること
ができる。
硬質層のCo濃度勾配および硬さ濃度勾配は、圧粉体の配
合組成や、焼結時の昇温過程における滲炭雰囲気の温
度、保持時間、および圧力などによって変化するので、
これらを制御することにより所定の勾配に調整すること
ができる。
つぎに、この発明の表面被覆WC基超硬合金を実施例に
より具体的に説明する。
より具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも１〜5.5μｍの範囲内の平
均粒径を有するWC粉末、各種の（Ti,Ta,Nb,W）Ｃ・Ｎ粉
末、このうち、（Ti,Ta,Nb,W）CNはTiC/TiN/TaC/NbC/WC
＝15/15/27/3/40の組成、（Ti,Ta,W）ＣはTiC/TaC/WC＝
30/20/50の組成、そして（Ti,W）ＣはTiC/WC＝30/70の
組成（以上重量比）をもち、さらにCo粉末、Ni粉末、お
よびFe粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第１表
に示される配合組成に配合し、ボールミルにて72時間湿
式混合し、乾燥した後、10kg/mm2の圧力にて圧粉体にプ
レス成形し、この圧粉体を、５×10-2torrの真空中で昇
温し、1260〜1300℃の範囲内の所定の温度に昇温した時
点で、雰囲気を0.5torrのメタン分解ガス雰囲気からな
る滲炭雰囲気にかえ、この滲炭雰囲気に15分間保持した
後、再び昇温雰囲気を元の真空雰囲気に戻して、1380〜
1500の範囲内の所定の焼結温度まで昇温し、同じ真空雰
囲気中で、前記焼結温度に30分間保持した後、冷却する
ことからなる焼結条件にて焼結して、実質的に配合組成
と同一の成分組成を有し、かつ表面部にCo濃度勾配 および硬さ勾配をもった表面硬質層が形成されたWC基超
硬合金基体を製造し、ついでこれらの基体の表面に、化
学蒸着法にて、同じく第１表に示される組成および平均
層厚の被覆層を形成することにより本発明表面被覆WC基
超硬合金（以下本発明被覆超硬合金という）１〜18をそ
れぞれ製造した。
均粒径を有するWC粉末、各種の（Ti,Ta,Nb,W）Ｃ・Ｎ粉
末、このうち、（Ti,Ta,Nb,W）CNはTiC/TiN/TaC/NbC/WC
＝15/15/27/3/40の組成、（Ti,Ta,W）ＣはTiC/TaC/WC＝
30/20/50の組成、そして（Ti,W）ＣはTiC/WC＝30/70の
組成（以上重量比）をもち、さらにCo粉末、Ni粉末、お
よびFe粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第１表
に示される配合組成に配合し、ボールミルにて72時間湿
式混合し、乾燥した後、10kg/mm2の圧力にて圧粉体にプ
レス成形し、この圧粉体を、５×10-2torrの真空中で昇
温し、1260〜1300℃の範囲内の所定の温度に昇温した時
点で、雰囲気を0.5torrのメタン分解ガス雰囲気からな
る滲炭雰囲気にかえ、この滲炭雰囲気に15分間保持した
後、再び昇温雰囲気を元の真空雰囲気に戻して、1380〜
1500の範囲内の所定の焼結温度まで昇温し、同じ真空雰
囲気中で、前記焼結温度に30分間保持した後、冷却する
ことからなる焼結条件にて焼結して、実質的に配合組成
と同一の成分組成を有し、かつ表面部にCo濃度勾配 および硬さ勾配をもった表面硬質層が形成されたWC基超
硬合金基体を製造し、ついでこれらの基体の表面に、化
学蒸着法にて、同じく第１表に示される組成および平均
層厚の被覆層を形成することにより本発明表面被覆WC基
超硬合金（以下本発明被覆超硬合金という）１〜18をそ
れぞれ製造した。
また、比較の目的で、焼結時の常温から焼結温度まで
の昇温を、昇温途中で滲炭雰囲気にかえることなく、５
×10-2torrの真空中で行なう以外は、同一の条件で従来
表面被覆WC基超硬合金（以下従来被覆超硬合金）１〜18
をそれぞれ製造した。
の昇温を、昇温途中で滲炭雰囲気にかえることなく、５
×10-2torrの真空中で行なう以外は、同一の条件で従来
表面被覆WC基超硬合金（以下従来被覆超硬合金）１〜18
をそれぞれ製造した。
なお、上記の各種被覆超硬合金においては、基体の成
分組成に対応し、基体表面部はそれぞれ近似したCo濃度
勾配および硬さ勾配を示すので、本発明被覆超硬合金1,
2および従来被覆超硬合金1,2を代表して、第１図および
第２図に、その基体表面部におけるCo濃度勾配および硬
さ勾配をそれぞれ示した。
分組成に対応し、基体表面部はそれぞれ近似したCo濃度
勾配および硬さ勾配を示すので、本発明被覆超硬合金1,
2および従来被覆超硬合金1,2を代表して、第１図および
第２図に、その基体表面部におけるCo濃度勾配および硬
さ勾配をそれぞれ示した。
ついで、この結果得られた各種の被覆超硬合金を切削
工具として用い、 被 削 材:JIS・SCM415（硬さ:HB150）、 切削速度 :300m/min、 送 り:0.2mm/rev、 切 込 み:2mm、 切削時間:20min、 の条件で鋼の連続高速切削試験を行ない、試験後、切刃
の逃げ面摩耗幅を測定すると共に、被覆層の剥離の有無
を観察した。これらの結果を第１表に示した。
工具として用い、 被 削 材:JIS・SCM415（硬さ:HB150）、 切削速度 :300m/min、 送 り:0.2mm/rev、 切 込 み:2mm、 切削時間:20min、 の条件で鋼の連続高速切削試験を行ない、試験後、切刃
の逃げ面摩耗幅を測定すると共に、被覆層の剥離の有無
を観察した。これらの結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明被覆超硬合金１〜
18は、いずれも被覆層の基体表面への密着性にすぐれて
いるので、被覆層に剥離現象は見られず、したがってす
ぐれた耐摩耗性を示すのに対して、従来被覆超硬合金１
〜18は、いずれも被覆層の基体表面への密着性が不十分
なので、被覆層に剥離が発生し、耐摩耗性の劣ったもの
になっていることが明らかである。
18は、いずれも被覆層の基体表面への密着性にすぐれて
いるので、被覆層に剥離現象は見られず、したがってす
ぐれた耐摩耗性を示すのに対して、従来被覆超硬合金１
〜18は、いずれも被覆層の基体表面への密着性が不十分
なので、被覆層に剥離が発生し、耐摩耗性の劣ったもの
になってい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WC基超硬合金は、
これを構成する被覆層の基体表面への付着強度が、基体
表面部に形成された、いずれも内部から表面に向って、
連続的に減少したCo濃度勾配、並びに連続的に増加した
硬さ勾配を有する表面硬質層によって著しく向上したも
のになっているので、これを高速切削や重切削などの苛
酷な条件下で切削工具として用いても被覆層に剥離が発
生することなく、すぐれた耐摩耗性を著しく長期に亘っ
て発揮するのである。
これを構成する被覆層の基体表面への付着強度が、基体
表面部に形成された、いずれも内部から表面に向って、
連続的に減少したCo濃度勾配、並びに連続的に増加した
硬さ勾配を有する表面硬質層によって著しく向上したも
のになっているので、これを高速切削や重切削などの苛
酷な条件下で切削工具として用いても被覆層に剥離が発
生することなく、すぐれた耐摩耗性を著しく長期に亘っ
て発揮するのである。
第１図および第２図は基体の表面部におけるCo濃度勾配
並びに硬さ勾配をそれぞれ示す図である。
並びに硬さ勾配をそれぞれ示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】結合相形成成分としてのCo,Ni,およびFeの
うちの１種以上:4〜15重量％、 を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングス
テンと不可避不純物からなる組成を有し、かつ、表面部
に、内部から表面に向って、Co含有量が連続的に減少す
るCo濃度勾配、並びに硬さが連続的に増加する硬さ勾配
をもった表面硬質層を形成してなる炭化タングステン基
超硬合金基体の表面に、Ti,Zr,およびHfの炭化物、窒化
物、炭窒酸化物、炭酸化物、および炭窒化物、並びに酸
化アルミニウムのうちの１種の単層または２種以上の複
層からなる被覆層を0.5〜20μｍの平均層厚で形成して
なる切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金。 - 【請求項２】結合相形成成分としてのCo,Ni,およびFeの
うちの１種以上:4〜15重量％、 分散相形成成分としてのTi,Ta,Nb,およびＷの炭化物、
窒化物、および炭窒化物、並びにこれらの２種以上の固
溶体（ただしＷの窒化物と炭窒化物は除く）のうちの１
種以上:0.5〜30重量％、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としての炭化タ
ングステンと不可避不純物からなる組成を有し、かつ、
表面部に、内部から表面に向って、Co含有量が連続的に
減少するCo濃度勾配、並びに硬さが連続的に増加する硬
さ勾配をもった表面硬質層を形成してなる炭化タングス
テン基超硬合金基体の表面に、Ti,Zr,およびHfの炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、
並びに酸化アルミニウムのうちの１種の単層または２種
以上の複層からなる被覆層を0.5〜20μｍの平均層で形
成してなる切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170185A JP2684688B2 (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170185A JP2684688B2 (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0222453A JPH0222453A (ja) | 1990-01-25 |
| JP2684688B2 true JP2684688B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=15900262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63170185A Expired - Lifetime JP2684688B2 (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2684688B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2762745B2 (ja) * | 1989-12-27 | 1998-06-04 | 住友電気工業株式会社 | 被覆超硬合金及びその製造法 |
| JP2985300B2 (ja) * | 1990-12-25 | 1999-11-29 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質層被覆サーメット |
| SE521488C2 (sv) * | 2000-12-22 | 2003-11-04 | Seco Tools Ab | Belagt skär med järn-nickel-baserad bindefas |
| DE10225521A1 (de) * | 2002-06-10 | 2003-12-18 | Widia Gmbh | Hartmetall-Substratkörper und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP5740764B2 (ja) * | 2010-12-01 | 2015-07-01 | 住友電工ハードメタル株式会社 | サーメット |
| WO2018060046A1 (en) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Sandvik Intellectual Property Ab | Method of machining ti, ti-alloys and ni-based alloys |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60100660A (ja) * | 1983-11-07 | 1985-06-04 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 表面被覆硬質材料 |
| JPH0732961B2 (ja) * | 1986-10-03 | 1995-04-12 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
-
1988
- 1988-07-08 JP JP63170185A patent/JP2684688B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0222453A (ja) | 1990-01-25 |
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