JP2754912B2 - 耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具 - Google Patents
耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具Info
- Publication number
- JP2754912B2 JP2754912B2 JP32146390A JP32146390A JP2754912B2 JP 2754912 B2 JP2754912 B2 JP 2754912B2 JP 32146390 A JP32146390 A JP 32146390A JP 32146390 A JP32146390 A JP 32146390A JP 2754912 B2 JP2754912 B2 JP 2754912B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cutting
- coating layer
- hard coating
- cutting tool
- grain size
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、硬質被覆層がきわめて微細な結晶粒で構
成され、かつこれの基体に対する密着性も高く、これに
よって苛酷な条件下での切削にもすぐれた耐欠損性を発
揮するようになる表面被覆セラミックス製切削工具に関
するものである。
成され、かつこれの基体に対する密着性も高く、これに
よって苛酷な条件下での切削にもすぐれた耐欠損性を発
揮するようになる表面被覆セラミックス製切削工具に関
するものである。
従来、例えば特開昭55−48503号公報に記載される通
り、 酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）基セラミック
スからなる基体の表面に、通常の物理蒸着法および化学
蒸着法にて、Tiの炭化物、窒化物、および炭窒化物（以
下、それぞれTiC,TiN,およびTiCN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３〜
20μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆セラミックス
製切削工具が知られている。
り、 酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）基セラミック
スからなる基体の表面に、通常の物理蒸着法および化学
蒸着法にて、Tiの炭化物、窒化物、および炭窒化物（以
下、それぞれTiC,TiN,およびTiCN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３〜
20μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆セラミックス
製切削工具が知られている。
また、上記従来表面被覆セラミックス製切削工具にお
ける物理蒸着法にて形成した硬質被覆層が、通常400〜5
00Åの平均結晶粒径をもつことも知られている。
ける物理蒸着法にて形成した硬質被覆層が、通常400〜5
00Åの平均結晶粒径をもつことも知られている。
一方、近年の切削機械の高性能化はめざましく、より
一層の高速切削や、高送りおよび高切込みなどの重切削
が行なわれる傾向にあり、これに伴なって切削工具にも
これに対応した特性向上が要求されるが、上記の従来表
面被覆セラミックス製切削工具は、上記のような苛酷な
条件下での切削では、切刃にチッピングや欠けが発生し
易く、これに十分満足して対応することができないのが
現状である。
一層の高速切削や、高送りおよび高切込みなどの重切削
が行なわれる傾向にあり、これに伴なって切削工具にも
これに対応した特性向上が要求されるが、上記の従来表
面被覆セラミックス製切削工具は、上記のような苛酷な
条件下での切削では、切刃にチッピングや欠けが発生し
易く、これに十分満足して対応することができないのが
現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、苛酷
な条件下での切削でも、これに十分に対応することがで
きる表面被覆セラミックス製切削工具を開発すべく研究
を行なった結果、基体を、重量％で（以下％は重量％を
示す）、 TiCN:20〜40％ Mg,Y,およびZrの酸化物（以下、それぞれMgO,Y2O3,お
よびZrO2で示し、これらを総称して金属酸化物という）
のうちの１種または２種以上:0.1〜10％、 を含有し、残りがAl2O3と不可避不純物からなる組成を
有するAl2O3基セラミックスに特定した上で、この基体
表面に、 例えば特開昭63−26356号公報に記載されるような物
理蒸着装置の１つである電子ビームを利用した活性化反
応性蒸着装置を用い、特に反応を抑制し、もって蒸着速
度を著しく低くした条件、すなわち長時間の反応で所定
厚さに蒸着させる条件、さらに詳述すれば、上記の物理
蒸着装置では、通常約２μｍ（厚さ）/hrの速度で蒸着
が行なわれているが、これを0.1〜0.6μｍ（厚さ）/hr
の速度で蒸着を行なう条件で、TiC,TiN,およびTiCN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
層を形成すると、 この結果形成された硬質被覆層は、その結晶粒が微細
となり、この結晶粒は蒸着速度が低くなればなるほど細
かく、かつその粒径が平均結晶粒径で300Å以下になる
と、基体を構成するTiCN成分が上記硬質被覆層の基体表
面に対する密着性を著しく向上させることと相まって、
苛酷な条件下での切削に際しても切刃に欠けやチッピン
グの発生がなくなり、すぐれた耐欠損性を長期に亘って
発揮するようになるという研究結果を得たのである。
な条件下での切削でも、これに十分に対応することがで
きる表面被覆セラミックス製切削工具を開発すべく研究
を行なった結果、基体を、重量％で（以下％は重量％を
示す）、 TiCN:20〜40％ Mg,Y,およびZrの酸化物（以下、それぞれMgO,Y2O3,お
よびZrO2で示し、これらを総称して金属酸化物という）
のうちの１種または２種以上:0.1〜10％、 を含有し、残りがAl2O3と不可避不純物からなる組成を
有するAl2O3基セラミックスに特定した上で、この基体
表面に、 例えば特開昭63−26356号公報に記載されるような物
理蒸着装置の１つである電子ビームを利用した活性化反
応性蒸着装置を用い、特に反応を抑制し、もって蒸着速
度を著しく低くした条件、すなわち長時間の反応で所定
厚さに蒸着させる条件、さらに詳述すれば、上記の物理
蒸着装置では、通常約２μｍ（厚さ）/hrの速度で蒸着
が行なわれているが、これを0.1〜0.6μｍ（厚さ）/hr
の速度で蒸着を行なう条件で、TiC,TiN,およびTiCN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
層を形成すると、 この結果形成された硬質被覆層は、その結晶粒が微細
となり、この結晶粒は蒸着速度が低くなればなるほど細
かく、かつその粒径が平均結晶粒径で300Å以下になる
と、基体を構成するTiCN成分が上記硬質被覆層の基体表
面に対する密着性を著しく向上させることと相まって、
苛酷な条件下での切削に際しても切刃に欠けやチッピン
グの発生がなくなり、すぐれた耐欠損性を長期に亘って
発揮するようになるという研究結果を得たのである。
この発明は、上記の研究欠格にもとづいてなされたも
のであって、 TiCN:20〜40％ 上記金属酸化物のうちの１種または２種以上:0.1〜10
％、 を含有し、残りがAl2O3と不可避不純物からなる組成を
有するセラミックスの基体の表面に、 いずれも150〜300Åの平均結晶粒径を有するTiC,TiN,
およびTiCN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0.3〜20μｍの平均層厚で物理蒸着
してなる耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切
削工具に特徴を有するものである。
のであって、 TiCN:20〜40％ 上記金属酸化物のうちの１種または２種以上:0.1〜10
％、 を含有し、残りがAl2O3と不可避不純物からなる組成を
有するセラミックスの基体の表面に、 いずれも150〜300Åの平均結晶粒径を有するTiC,TiN,
およびTiCN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0.3〜20μｍの平均層厚で物理蒸着
してなる耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切
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、基体を構成す
るAl2O3基セラミックスの組成、並びに硬質被覆層の平
均結晶粒径および平均層厚を上記の通りに限定した理由
を説明する。
るAl2O3基セラミックスの組成、並びに硬質被覆層の平
均結晶粒径および平均層厚を上記の通りに限定した理由
を説明する。
A.基体の組成 （ａ） TiCN この成分には、基体の耐熱衝撃性を向上させると共
に、上記硬質被覆層の基体表面に対する密着性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が20％未満では前記の作
用に所望の効果が得られず、一方その含有量が40％を越
えると、相対的にAl2O3の含有量が低くなりすぎ、Al2O3
によってもたらされるすぐれた耐熱耗性が低下するよう
になることから、その含有量を20〜40％と定めた。な
お、TiCNはＣとＮの割合が、N/（Ｃ＋Ｎ）の原子比で0.
2〜0.7をもつものが望ましい。
に、上記硬質被覆層の基体表面に対する密着性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が20％未満では前記の作
用に所望の効果が得られず、一方その含有量が40％を越
えると、相対的にAl2O3の含有量が低くなりすぎ、Al2O3
によってもたらされるすぐれた耐熱耗性が低下するよう
になることから、その含有量を20〜40％と定めた。な
お、TiCNはＣとＮの割合が、N/（Ｃ＋Ｎ）の原子比で0.
2〜0.7をもつものが望ましい。
（ｂ） 金属酸化物 これらの成分には、基体の焼結性を高めて、強度を向
上させる作用があるが、その含有量が0.1％未満では、
ホットプレス法での焼結は可能であるが、普通焼結法
や、熱間静水圧プレス法（HIP法）を併用する焼結法で
は焼結が不十分となり、所望の高強度を確保することが
できず、一方その含有量が10％を越えると、耐摩耗性が
低下するようになることから、その含有量を0.1〜10％
と定めた。
上させる作用があるが、その含有量が0.1％未満では、
ホットプレス法での焼結は可能であるが、普通焼結法
や、熱間静水圧プレス法（HIP法）を併用する焼結法で
は焼結が不十分となり、所望の高強度を確保することが
できず、一方その含有量が10％を越えると、耐摩耗性が
低下するようになることから、その含有量を0.1〜10％
と定めた。
B.硬質被覆層 （ａ） 平均結晶粒径 平均結晶粒径が300Åを越えると、耐欠損性が急激に
低下し、特に苛酷な切削条件下では、切刃に欠けやチッ
ピングが発生し易くなるので300Å以下の平均結晶粒径
にする必要があり、したがって結晶粒が細かければ細か
いほど耐欠損性にとっては望ましいものとなるが、平均
結晶粒径が150Å未満になると、その硬質被覆層の形成
速度が急激に低下し、所定厚さに形成するのに長時間を
要するようになり、経済的でないことから、その平均結
晶粒径を150〜300Åと定めた。
低下し、特に苛酷な切削条件下では、切刃に欠けやチッ
ピングが発生し易くなるので300Å以下の平均結晶粒径
にする必要があり、したがって結晶粒が細かければ細か
いほど耐欠損性にとっては望ましいものとなるが、平均
結晶粒径が150Å未満になると、その硬質被覆層の形成
速度が急激に低下し、所定厚さに形成するのに長時間を
要するようになり、経済的でないことから、その平均結
晶粒径を150〜300Åと定めた。
（ｂ） 平均層厚 平均層厚が0.3μｍ未満では、硬質被覆層形成による
所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方平均層厚が20
μｍを越えると耐熱衝撃性が低下するようになることか
ら、その平均層厚を0.3〜20μｍと定めた。
所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方平均層厚が20
μｍを越えると耐熱衝撃性が低下するようになることか
ら、その平均層厚を0.3〜20μｍと定めた。
つぎに、この発明の表面被覆セラミックス製切削工具
を実施例により具体的に説明する。
を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径:1μｍのTiCN粉末、同0.5
μｍのAl2O3粉末、同１μｍのMgO粉末、同２μｍのY2O3
粉末、および同２μｍのZrO2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、ア
トライターにて10時間湿式粉砕混合し、乾燥した後、圧
粉体にプレス成形し、この圧粉体を、Ar雰囲気中、温
度:1750℃に２時間保持の条件で普通焼結し、さらにAr
ガス雰囲気中、圧力:1500気圧、湿度:1600℃、保持時
間:1時間の条件でHIP処理を施して、上記配合組成と同
一の組成をもったAl2O3基セラミックスの基体を成形
し、ついで、これらの基体を、上記の特開昭63−26356
号公報の第２図に示される通常の電子ビームを利用した
活性化反応性物理蒸着装置にそれぞれ装入し、この装置
での基体表面への硬質被覆層の蒸着速度を調整すること
により前記硬質被覆層の平均結晶粒径を変化させつつ、
同じく第１表に示される組成、平均結晶粒径、および平
均層厚を有する硬質被覆層を形成することにより、いず
れもSNGN432のチップ形状をもった本発明表面被覆セラ
ミックス製切削工具（以下本発明被覆切削工具という）
１〜10、並びに硬質被覆層の平均結晶粒径が、この発明
のそれより粗い比較表面被覆セラミックス製切削工具
（以下比較被覆切削工具という）１〜10をそれぞれ製造
した。
μｍのAl2O3粉末、同１μｍのMgO粉末、同２μｍのY2O3
粉末、および同２μｍのZrO2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、ア
トライターにて10時間湿式粉砕混合し、乾燥した後、圧
粉体にプレス成形し、この圧粉体を、Ar雰囲気中、温
度:1750℃に２時間保持の条件で普通焼結し、さらにAr
ガス雰囲気中、圧力:1500気圧、湿度:1600℃、保持時
間:1時間の条件でHIP処理を施して、上記配合組成と同
一の組成をもったAl2O3基セラミックスの基体を成形
し、ついで、これらの基体を、上記の特開昭63−26356
号公報の第２図に示される通常の電子ビームを利用した
活性化反応性物理蒸着装置にそれぞれ装入し、この装置
での基体表面への硬質被覆層の蒸着速度を調整すること
により前記硬質被覆層の平均結晶粒径を変化させつつ、
同じく第１表に示される組成、平均結晶粒径、および平
均層厚を有する硬質被覆層を形成することにより、いず
れもSNGN432のチップ形状をもった本発明表面被覆セラ
ミックス製切削工具（以下本発明被覆切削工具という）
１〜10、並びに硬質被覆層の平均結晶粒径が、この発明
のそれより粗い比較表面被覆セラミックス製切削工具
（以下比較被覆切削工具という）１〜10をそれぞれ製造
した。
この結果得られた各種の被覆切削工具について、 A.被削材 :SNCM439製丸棒、 切削速度:350m/min、 送 り:0.3mm/rev.、 切込み :1.5mm、 切削時間:20分 の条件（Ａ切削条件という）での鋼の高速乾式連続切削
試験、 B.被削材 ：長さ方向にそって等間隔に設けた４本の縦
溝を有するSNCM439製丸棒、 切削速度:250m/min、 送 り:0.1mm/rev.、 切込み :1.0mm、 切削時間:15分 の条件（Ｂ切削条件という）での鋼の高送り乾式断続切
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。
試験、 B.被削材 ：長さ方向にそって等間隔に設けた４本の縦
溝を有するSNCM439製丸棒、 切削速度:250m/min、 送 り:0.1mm/rev.、 切込み :1.0mm、 切削時間:15分 の条件（Ｂ切削条件という）での鋼の高送り乾式断続切
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１表および第２表に示される結果から、本発明被覆
切削工具１〜10は、いずれもこれを構成する硬質被覆層
の平均結晶粒径が150〜300Åと微細なので、高速切削や
高送り切削などの苛酷な条件での切削においてもすぐれ
た耐欠損性を示し、切刃にチッピングや欠けなどの発生
なく、すぐれた耐摩耗性を発揮し、長時間の使用寿命を
示すのに対して、硬質被覆層の平均結晶粒径がこの発明
の範囲から外れて大きい比較被覆切削工具１〜10におい
ては、いずれも切削途中でチッピングが発生し、使用寿
命に至ることが明らかである。
切削工具１〜10は、いずれもこれを構成する硬質被覆層
の平均結晶粒径が150〜300Åと微細なので、高速切削や
高送り切削などの苛酷な条件での切削においてもすぐれ
た耐欠損性を示し、切刃にチッピングや欠けなどの発生
なく、すぐれた耐摩耗性を発揮し、長時間の使用寿命を
示すのに対して、硬質被覆層の平均結晶粒径がこの発明
の範囲から外れて大きい比較被覆切削工具１〜10におい
ては、いずれも切削途中でチッピングが発生し、使用寿
命に至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セラミックス製切
削工具は、これを構成する硬質被覆層がすぐれた耐欠損
性を有し、かつ基体の構成成分であるTiCNが前記硬質被
覆層の基体表面に対する密着性向上に寄与することと相
まって、苛酷な条件下での高速切削や重切削などに用い
た場合にも切刃にピッチングや欠けなどの発生なく、す
ぐれた耐摩耗性を著しく長期に亘って発揮するなど工業
上有用な特性を有するものである。
削工具は、これを構成する硬質被覆層がすぐれた耐欠損
性を有し、かつ基体の構成成分であるTiCNが前記硬質被
覆層の基体表面に対する密着性向上に寄与することと相
まって、苛酷な条件下での高速切削や重切削などに用い
た場合にも切刃にピッチングや欠けなどの発生なく、す
ぐれた耐摩耗性を著しく長期に亘って発揮するなど工業
上有用な特性を有するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 聡夫 東京都品川区西品川１―27―20 三菱金 属株式会社東京製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−157873（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−48582（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】炭窒化チタン:20〜40％、 Mg,Y,およびZrの酸化物のうちの１種または２種以上:0.
1〜10％、 を含有し、残りが酸化アルミニウムと不可避不純物から
なる組成（以上重量％）を有するセラミックスの基体の
表面に、 いずれも150〜300Åの平均結晶粒径を有するTiの炭化
物、窒化物、および炭窒化物のうちの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0.3〜20μｍの平
均層厚で物理蒸着してなる耐欠損性のすぐれた表面被覆
セラミックス製切削工具。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32146390A JP2754912B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具 |
| US07/658,914 US5188908A (en) | 1990-02-23 | 1991-02-22 | Al2 O3 Based ceramics |
| EP91102673A EP0443624B1 (en) | 1990-02-23 | 1991-02-23 | Alumina based ceramics |
| DE69104862T DE69104862T2 (de) | 1990-02-23 | 1991-02-23 | Keramisches Material auf Basis von Tonerde. |
| US07/932,195 US5275981A (en) | 1990-02-23 | 1992-08-20 | Al2 O3 based ceramic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32146390A JP2754912B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04193403A JPH04193403A (ja) | 1992-07-13 |
| JP2754912B2 true JP2754912B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=18132851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32146390A Expired - Fee Related JP2754912B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-11-26 | 耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2754912B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-26 JP JP32146390A patent/JP2754912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04193403A (ja) | 1992-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2754912B2 (ja) | 耐欠損性のすぐれた表面被覆セラミックス製切削工具 | |
| JP3020765B2 (ja) | 表面被覆炭化タングステン−アルミナ質焼結体 | |
| KR101640644B1 (ko) | 내열충격성이 향상된 Ti계 소결합금 및 이를 이용한 절삭공구 | |
| JP3850085B2 (ja) | 切削工具用被覆サーメット | |
| JP2596094B2 (ja) | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具 | |
| JP2748583B2 (ja) | 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 | |
| JP3368794B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ | |
| JP2910293B2 (ja) | 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造法 | |
| JP2570354B2 (ja) | 切削工具用表面被覆セラミックス部材 | |
| JP3208981B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた密着性を有する表面被覆炭窒化チタン系サーメット製切削工具 | |
| JP2002187004A (ja) | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミル | |
| JP2001162411A (ja) | すぐれた耐摩耗性と耐チッピング性を具備した表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP2002292507A (ja) | サーメット製切削工具およびその製造方法 | |
| JP2568494B2 (ja) | 切削工具用表面被覆β′サイアロン基セラミックスの製造法 | |
| JPH10146702A (ja) | すぐれた耐摩耗性と耐チッピング性を有する炭窒化チタン基サーメット製スローアウエイ型切削チップ | |
| JP3463502B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ | |
| JP3525359B2 (ja) | 表面被覆超硬合金製切削工具 | |
| JP3858256B2 (ja) | 耐摩耗性および耐チッピング性のすぐれた超硬合金製エンドミル | |
| JP2000038637A (ja) | 基体が高靭性を有する表面被覆超硬合金製エンドミル | |
| JPS6245290B2 (ja) | ||
| JPH0132193B2 (ja) | ||
| JPH10286702A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆サーメット製スローアウエイ型切削チップ | |
| JP4416960B2 (ja) | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製スローアウエイ式切削チップ | |
| JP2564898B2 (ja) | 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造法 | |
| JP2002187005A (ja) | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090306 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090306 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100306 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |