JP2800571B2 - 耐チッピング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 - Google Patents

耐チッピング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

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JP2800571B2
JP2800571B2 JP4191735A JP19173592A JP2800571B2 JP 2800571 B2 JP2800571 B2 JP 2800571B2 JP 4191735 A JP4191735 A JP 4191735A JP 19173592 A JP19173592 A JP 19173592A JP 2800571 B2 JP2800571 B2 JP 2800571B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐チッピン
グ性を有し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削
は勿論のこと、これらのフライス切削や断続切削に用い
た場合にもすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆炭化タ
ングステン(以下、WCで示す)基超硬合金製切削工具
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開昭59−52
703号公報に記載されるように、WC基超硬合金基体
や、さらに結合相形成成分としてのCoの含有量が基体
内部に比して相対的に多い表面部、すなわちCo富化表
面部を有するWC基超硬合金基体の表面に、化学蒸着法
や物理蒸着法を用いて、炭窒化チタン(以下、TiCN
で示す)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WC基超硬合金製切削工具
が、例えば鋼や鋳鉄の連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。
【0003】また、上記のCo富化表面部を有するWC
基超硬合金基体が、例えば原料粉末としてTiNなどの
窒化物粉末や、TaCNおよび(Ti,W)CNなどの
炭窒化物粉末を配合し、これの圧粉体を通常の条件で真
空焼結する方法などによって製造されることも知られて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
技術のFA化および多様化は著しく、これに伴ない切削
工具にも、例えば連続切削および断続切削のいずれでも
すぐれた耐摩耗性を発揮する特性が要求されるが、上記
の従来表面被覆WC基超硬合金製切削工具は、これを断
続切削に用いた場合には、切刃にチッピングが発生し易
く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【0005】
【課題を解決するための手段】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、 の条件で形成され、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、(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、かつTiCNの単層または2層
以上の積層からなる硬質被覆層のうちの1層または2層
以上を、上記(a)〜(c)のうちのいずれか、または
2種以上の結晶構造としてなる表面被覆WC基超硬合金
製切削工具は、TiCN層中の縦長成長結晶組織によっ
て切刃の耐チッピング性が一段と向上するようになり、
鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこと、これらの断続切
削でもすぐれた耐摩耗性を発揮するようになるという研
究結果を得たのである。
【0006】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、WC基超硬合金基体、またはC
o富化表面部を有するWC基超硬合金基体の表面に、T
iCNの単層または2層以上の積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
WC基超硬合金製切削工具において、上記TiCN層の
単層または2層以上の積層からなる構成層のうちの1層
または2層以上を、(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、または2種以上の結晶構造とするこ
とにより耐チッピング性の向上をはかった表面被覆WC
基超硬合金製切削工具に特徴を有するものである。
【0007】なお、この発明の表面被覆WC基超硬合金
製切削工具において、硬質被覆層の平均層厚を0.5〜
20μmとしたのは、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。
【0008】
【実施例】つぎに、この発明の表面被覆WC基超硬合金
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、平均粒径:3μmを有するWC粉末、同1.5
μmの(Ti,W)C粉末(TiC/WC=重量比で3
0/70)、同1.2μmの(Ti,W)CN粉末(T
iC/TiN/WC=重量比で24/20/56)、同
1.3μmの(Ta,Nb)C粉末(TaC/NbC=
重量比90/10)、および同1.2μmのCo粉末を
用意し、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、
圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を1×10-2
トルの真空中、温度:1450℃に1時間保持の条件で
真空焼結することによりISO・CNMG120408
の形状をもったWC基超硬合金基体A〜C、およびCo
富化表面部(最大Co含有量:13重量%、厚さ:20
μm)を有するWC基超硬合金基体Dをそれぞれ製造し
た。また、上記WC基超硬合金基体Cについては、これ
に100トルのメタンガス雰囲気中、温度:1400℃
に1時間保持の条件で浸炭処理を施すことによりCo富
化表面部(最大Co含有量:17重量%、厚さ:40μ
m)を形成した。
【0009】ついで、これらのWC基超硬合金基体A〜
Dの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、TiCNの粒
状結晶組織の形成条件を、 反応ガス組成:容量%で、TiCl4 :3%、CH4
5%、N2 :25%、H2 :残り、 反応温度:1020℃、 雰囲気圧力:100トル、 とし、またTiCNの縦長成長結晶組織の形成条件を、 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、 とし、これらの形成条件を構成層ごとに形成途中で適宜
変換して、表2,3に示される結晶構造を有する単層ま
たは2層以上の積層からなるTiCN構成層を、同じく
表2に示される平均層厚で形成することにより本発明表
面被覆WC基超硬合金製切削工具(以下、本発明被覆切
削工具という)1〜16をそれぞれ製造した。
【0010】また、比較の目的で、表3に示される通り
TiCN層の結晶構造を粒状結晶組織とする以外は同一
の条件で従来表面被覆WC基超硬合金製切削工具(以
下、従来被覆切削工具という)1〜4をそれぞれ製造し
た。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】
【表3】
【0014】つぎに、この結果得られた各種の被覆切削
工具について、 被削材:SCM440(硬さ:HB 220)の角材、 切削速度:200m/min.、 送り:0.25mm/rev.、 切込み:3mm、 切削時間:30分、 の条件で鋼の乾式フライス切削試験を行ない、切刃の逃
げ面摩耗幅を測定し、さらに、 被削材:SNCM439(硬さ:HB 280)の角材、 切削速度:100m/min.、 送り:0.4mm/rev.、 切込み:3mm、 の条件で鋼の乾式断続切削試験を行ない、使用寿命に至
るまでの切削時間を測定した。これらの測定結果を表
2,3に示した。
【0015】また、図1および2には、本発明被覆切削
工具1および従来被覆切削工具2の表面部の走査電子顕
微鏡による断続面組織写真(倍率:5000倍)を示し
た。図示される通り、図1(本発明被覆切削工具1)に
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構造のT
iCN層(図1の下部は基体を示す)が示され、また図
2(従来被覆切削工具1)には、粒状結晶組織のみから
なるTiCN層(図2の下部は同じく基体を示す)が示
されている。
【0016】
【発明の効果】表2,3および図1,2に示される結果
から、TiCNの単層または2層以上の積層からなる構
成層のうちの少なくとも1層が、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1〜16は、いずれも鋼の連続切削では、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1〜4に比してすぐれた耐摩耗性
を示し、また鋼の断続切削でも従来被覆切削工具1〜4
が切刃に発生したチッピングが原因で比較的短時間で使
用寿命に至るのに対して、一般とすぐれた耐チッピング
性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すことが
明らかである。
【0017】上述のように、この発明の表面被覆WC基
超硬合金製切削工具は、すぐれた耐チッピング性を有す
るので、例えば鋼や鋳鉄の連続切削は勿論のこと、耐チ
ッピング性が要求される、これらの断続切削においても
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明被覆切削工具1の表面部の走査電子顕微
鏡による縦断面組織写真である。
【図2】従来被覆切削工具1の表面部の走査電子顕微鏡
による縦断面組織写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−26404(JP,A) 特開 昭61−297003(JP,A) 特開 平2−122049(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23B 27/14 B23P 15/28 C23C 16/30 C23C 28/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
    に、硬質被覆層を0.5〜20μmの平均層厚で形成し
    てなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具
    において、 上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または2層以上
    の積層で構成すると共に、これら構成層のうちの1層ま
    たは2層以上を、 (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、または2
    種以上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化タングステン基超硬合金製切
    削工具。
  2. 【請求項2】 結合相形成成分としてのCoの含有量が
    基体内部に比して相対的に多い表面部を有する炭化タン
    グステン基超硬合金基体の表面に、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化タン
    グステン基超硬合金製切削工具において、 上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または2層以上
    の積層で構成すると共に、これら構成層のうちの1層ま
    たは2層以上を、 (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、または2
    種以上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化タングステン基超硬合金製切
    削工具。
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JP5344129B2 (ja) * 2008-10-14 2013-11-20 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
JP5590332B2 (ja) * 2011-02-14 2014-09-17 三菱マテリアル株式会社 耐摩耗性と切屑排出性に優れた表面被覆ドリル
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