JP2738233B2 - 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 - Google Patents
耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具Info
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Description
グ性を有し、従って、この結果例えば鋼や鋳鉄などの高
速切削に用いた場合にも切刃にチッピング(微小欠け)
の発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆炭窒
化チタン(以下、TiCNで示す)基サーメット製切削
工具に関するものである。
7510号公報に記載される通り、TiCN基サーメッ
ト基体や、結合相形成成分としてのCoやNiなどの含
有量が基体内部に比して相対的に高い表面部、すなわち
結合相富化表面部を有するTiCN基サーメット基体の
表面に、化学蒸着法や物理蒸着法を用いて、いずれも粒
状結晶組織を有するTiの炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、および炭窒酸化物、さらにTiとAlの複合
窒化物、TiとZrの複合炭窒化物、TiとHfの複合
炭窒化物、および酸化アルミニウム[以下、それぞれT
iC、TiN、TiCN、TiCO、TiCNO、およ
びAl2 O3 で示す]のうちの1種の単層または2種以
上の複層からなる硬質被覆層を0.5〜20μmの平均
層厚で形成してなる表面被覆TiCN基サーメット製切
削が、例えば鋼や鋳鉄の連続切削や断続切削に用いられ
ていることは良く知られるところである。
の高性能化および切削加工の省力化はめざましく、これ
に伴ない切削加工は年々高速化の傾向にあるが、上記の
従来表面被覆TiCN基サーメット製切削工具は、これ
を例えば鋼や鋳鉄の高速切削に用いると、特に硬質被覆
層の靭性不足が原因で切刃にチッピングが発生し易く、
チッピングが原因の摩耗が進行し、比較的短時間で使用
寿命に至るものである。
上述のような観点から、上記の従来表面被覆TiCN基
サーメット製切削工具に着目し、これの耐チッピング性
の向上をはかるべく研究を行なった結果、一般に、例え
ば化学蒸着法により硬質被覆層としてのTiCN層を形
成するに際しては、 反応ガス組成;容量%で、TiCl4 :1〜5%、CH
4 :5〜7%、N2 :20〜30%、H2 :残り、 反応温度:950〜1050℃、 雰囲気圧力:50〜200トル、 の条件で行なわれ、形成されたTiCN層は粒状結晶組
織を有するのが通常であるが、この粒状結晶組織を有す
るTiCN層形成の後半過程または中間過程、あるいは
前半過程のTiCN層形成条件を、相対的に反応温度を
低温にして、反応ガス組成をかえた条件、すなわち、 反応ガス組成;容量%で、TiCl4 :1〜4%、CH
3 CN:0.1〜1%、N2 :0〜25%、H2 :残
り、 反応温度:800〜900℃、 雰囲気圧力:30〜200トル、 の条件にすると、この結果のTiCN層は、それぞれ、
(a) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶
構造、(b) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、
さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結
晶構造、(c) 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ
変る結晶構造、上記(a)〜(c)のうちのいずれかの
結晶構造をもつようになり、しかも上記の公知の表面被
覆TiCN基サーメット製切削工具を構成する、いずれ
も粒状結晶構造をもった硬質被覆層のうちの少なくとも
1層を上記(a)〜(c)のうちのいずれかの結晶構造
をもったTiCN層で構成すると、この結果の表面被覆
TiCN基サーメット製切削工具は、すぐれた耐チッピ
ング性を具備するようになり、鋼や鋳鉄などの高速切削
ですぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するという研究
結果を得たのである。
なされたものであって、TiCN基サーメット基体、ま
たは結合相富化表面部を有するTiCN基サーメット基
体の表面に、いずれも粒状結晶組織を有する硬質被覆層
を0.5〜20μmの平均層厚で形成してなる表面被覆
TiCN基サーメット製切削工具において、上記硬質被
覆層を、TiC、TiN、TiCN、TiCO、および
TiCNOのTi化合物のうちの1種の単層または2種
以上の複層からなる下部層と、前記Ti化合物およびA
l2 O3 のうちの1種の単層または2種以上の複層から
なる上部層で構成し、かつ上記上部層のうちの少なくと
も1層をTiCNで構成すると共に、このTiCN層の
うちの少なくとも1層の結晶構造を、(a) 粒状結晶
組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、(b) 粒
状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成
長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、(c)
縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上
記(a)〜(c)のうちのいずれかの結晶構造としてな
る耐チッピング性にすぐれた表面被覆TiCN基サーメ
ット製切削工具に特徴を有するものである。
メット製切削工具において、硬質被覆層の平均層厚を
0.5〜20μmと定めたのは、その層厚が0.5μm
未満では、硬質被覆層によってもたらされる所望のすぐ
れた耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が
20μmを越えると切刃に欠けが発生し易くなるという
理由によるものである。
メット製切削工具を実施例により具体的に説明する。原
料粉末として、いずれも1〜2μmの範囲内の所定の平
均粒径を有するTiCN粉末、TiC粉末、TiN粉
末、TaC粉末、NbC粉末、WC粉末、Mo2 C粉
末、ZrC粉末、Co粉末、およびNi粉末を用い、こ
れら原料粉末を表1に示される配合組成に配合し、ボー
ルミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、この混合粉
末を圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体の1部
を、10-2トルの真空中、1450〜1500℃の範囲
内の所定温度に1時間保持の条件で真空焼結することに
より結合相富化表面部の形成がないTiCN基サーメッ
ト基体A〜Cを製造し、また上記圧粉体の残りには、焼
結温度までの昇温過程を10-2トル真空雰囲気とし、1
450〜1550℃の範囲内の所定の焼結温度に到達後
は雰囲気を10トルのN2 雰囲気として1時間保持し、
焼結温度からの冷却を10-1トルの真空中で行なう焼結
を施すことにより、同じく表1に示される最大結合相含
有量と厚さの結合相富化表面部を有するTiCN基サー
メット基体D〜Fをそれぞれ製造した。なお、この結果
得られたTiCN基サーメット基体A〜Fは、いずれも
ISO・CNMG120408の切削チップ形状をもつ
ものである。
〜Fの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表2に示さ
れる条件で表3に示される組成および平均層厚の単層ま
たは2層以上からなるいずれも粒状結晶組織を有する下
部層を形成し、引続いて、同じく表2に示される条件
で、表3に示される組成および平均層厚の単層または2
層以上からなる上部層を形成するに際して、この上部層
のうちの少なくとも1層をTiCN層とし、かつこのT
iCN層のうちの少なくとも1層を、 反応ガス組成;容量%で、TiCl4 :3%、CH4 :
5%、N2 :25%、H2 :残り、 反応温度:950℃、 雰囲気圧力:100トル、 の粒状結晶組織形成条件と、 反応ガス組成;容量%で、TiCl4 :1.5%、CH
3 CN:0.5%、N2 :25%、H2 :残り、 反応温度:860℃、 雰囲気圧力:50トル、 の縦長成長結晶組織形成条件とを適宜組合せて表3に示
される結晶構造とすることにより本発明表面被覆TiC
N基サーメット製切削工具(以下、本発明被覆切削工具
という)1〜8をそれぞれ製造した。
で上記TiCN基サーメット基体A〜Fの表面に表4に
示される組成および平均層厚を有し、かついずれも粒状
結晶組織の硬質被覆層を形成することにより従来表面被
覆TiCN基サーメット製切削工具(以下、従来被覆切
削工具という)1〜8をそれぞれ製造した。
工具について、 被削材:SCM440(硬さ:HB 220)、 切削速度:250m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 切削時間:30分、 の条件での鋼の乾式高速切削試験、並びに、 被削材:FC30(硬さ:HB 200)、 切削速度:300m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 切削時間:30分、 の条件での鋳鉄の湿式高速切削試験を行ない、いずれの
場合も切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を表5に示した。
工具6および従来被覆切削工具6の表面部の走査電子顕
微鏡による縦断面組織写真(倍率:5000倍)を示し
た。
から、硬質被覆層のうちの上部層を構成するTiCNの
単層または2層以上のが、粒状結晶組織から縦長成長結
晶組織へ変る結晶構造、あるいは粒状結晶組織から縦長
成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状
結晶組織へ変る結晶組織、あるいは縦長成長結晶組織か
ら粒状結晶組織へ変る結晶構造を有する本発明被覆切削
工具1〜8は、いずれも上記の結晶構造によってすぐれ
た耐チッピング性を具備するようになることから、特に
耐チッピング性が要求される鋼や鋳鉄などの高速切削に
用いた場合に、粒状結晶組織のTiCN層からなる硬質
被覆層を形成してなる従来被覆切削工具1〜8に比して
すぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
N基サーメット製切削工具は、特に耐チッピング性が要
求される、例えば鋼や鋳鉄などの高速切削に用いた場合
にすぐれた耐摩耗性を示し、著しく長期に亘ってすぐれ
た切削性能を発揮するのである。
鏡による縦断面組織写真である。
による縦断面組織写真である。
Claims (2)
- 【請求項1】 炭窒化チタン基サーメット基体の表面
に、いずれも粒状結晶組織を有する硬質被覆層を0.5
〜20μmの平均層厚で形成してなる表面被覆炭窒化チ
タン基サーメット製切削工具において、 上記硬質被覆層を、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、および炭窒酸化物からなるTi化合物のうち
の1種の単層または2種以上の複層からなる下部層と、
前記Ti化合物および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上部層で構成し、 かつ上記上部層のうちの少なくとも1層を炭窒化チタン
で構成すると共に、この炭窒化チタン層のうちの少なく
とも1層の結晶構造を、 (a) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶
構造、 (b) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらに
この縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構
造、 (c) 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶
構造、 上記(a)〜(c)のうちのいずれかの結晶構造とした
ことを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭
窒化チタン基サーメット製切削工具。 - 【請求項2】 結合相形成成分の含有量が基体内部に比
して相対的に高い表面部を有する炭窒化チタン基サーメ
ット基体の表面に、いずれも粒状結晶組織を有する硬質
被覆層を0.5〜20μmの平均層厚で形成してなる表
面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具において、 上記硬質被覆層を、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、および炭窒酸化物からなるTi化合物のうち
の1種の単層または2種以上の複層からなる下部層と、
前記Ti化合物および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上部層で構成し、 かつ上記上部層のうちの少なくとも1層を炭窒化チタン
で構成すると共に、この炭窒化チタン層のうちの少なく
とも1層の結晶構造を、 (a) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶
構造、 (b) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらに
この縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構
造、 (c) 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶
構造、 上記(a)〜(c)のうちのいずれかの結晶構造とした
ことを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭
窒化チタン基サーメット製切削工具。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23526792A JP2738233B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
US08/073,328 US5436071A (en) | 1990-01-31 | 1993-06-08 | Cermet cutting tool and process for producing the same |
US08/408,691 US5589223A (en) | 1990-01-31 | 1995-03-21 | Process for producing cermet cutting tools having both longitudinal and granular crystal structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23526792A JP2738233B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0657431A JPH0657431A (ja) | 1994-03-01 |
JP2738233B2 true JP2738233B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=16983565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23526792A Expired - Lifetime JP2738233B2 (ja) | 1990-01-31 | 1992-08-11 | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2738233B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-11 JP JP23526792A patent/JP2738233B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0657431A (ja) | 1994-03-01 |
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