JP2876132B2 - 被覆切削工具 - Google Patents
被覆切削工具Info
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- JP2876132B2 JP2876132B2 JP1156372A JP15637289A JP2876132B2 JP 2876132 B2 JP2876132 B2 JP 2876132B2 JP 1156372 A JP1156372 A JP 1156372A JP 15637289 A JP15637289 A JP 15637289A JP 2876132 B2 JP2876132 B2 JP 2876132B2
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- Japan
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- film
- columnar
- cutting tool
- crystals
- coated cutting
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は表面に硬質膜が形成された切削工具の改良に
関する。
関する。
（従来技術） 従来、切削工具としては、サーメット、超硬合金、あ
るいはセラミック等が主として使用されているが、近年
に至り、これらを母材としてその表面に化学気相成長
（CVD）等によって耐摩耗性に優れた硬質膜を形成した
いわゆる被覆切削工具が知られている。通常、この硬質
膜には周期律表第4a族、第5a族あるいは第6a族の炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸窒化
物あるいはAlの酸化物、酸窒化物から選ばれる１種また
は２種以上の単層あるいは複層が用いられている。特
に、チタン（Ti）の炭化物、窒化物、炭窒化物は高硬度
で優れた材料として注目され、最も汎用されている。
るいはセラミック等が主として使用されているが、近年
に至り、これらを母材としてその表面に化学気相成長
（CVD）等によって耐摩耗性に優れた硬質膜を形成した
いわゆる被覆切削工具が知られている。通常、この硬質
膜には周期律表第4a族、第5a族あるいは第6a族の炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸窒化
物あるいはAlの酸化物、酸窒化物から選ばれる１種また
は２種以上の単層あるいは複層が用いられている。特
に、チタン（Ti）の炭化物、窒化物、炭窒化物は高硬度
で優れた材料として注目され、最も汎用されている。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、このTi化合物からなる硬質膜は硬度が高く、
耐摩耗性には優れるものの、著しく靭性が低いために硬
質膜自体にクラック、割れが生じ易かった。よって、被
覆切削工具では、これら被膜に生じたクラック、割れ等
が切り欠きとなり被覆切削工具全体としても、未被覆切
削工具と比べ著しく靭性、耐欠損性が劣化するという欠
点を有していた。
耐摩耗性には優れるものの、著しく靭性が低いために硬
質膜自体にクラック、割れが生じ易かった。よって、被
覆切削工具では、これら被膜に生じたクラック、割れ等
が切り欠きとなり被覆切削工具全体としても、未被覆切
削工具と比べ著しく靭性、耐欠損性が劣化するという欠
点を有していた。
（発明の目的） 本発明は、上述の問題点を解決することを主たる目的
とするもので、耐摩耗性を劣化させることなく、耐欠損
性に優れた長寿命の被覆切削工具を提供することを目的
とする。
とするもので、耐摩耗性を劣化させることなく、耐欠損
性に優れた長寿命の被覆切削工具を提供することを目的
とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明者は上記問題点に対し研究を重ねたところ、母
材上に配向した組織を含むTi化合物を形成した切削工具
は、膜自体の靭性が大きく向上し、Ti化合物の耐摩耗性
を損なうことなく、耐欠損性が向上するという知見を得
た。即ち、本発明は、サーメット、超硬合金、窒化珪素
質材料等の高強度材料として知られた材料を母材とし
て、この母材表面に、化学気相成長（CVD）法により少
なくともチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれ
る少なくとも１種から成る硬質膜を被覆してなる被覆切
削工具において、該硬質膜が柱状晶結晶と粒状晶結晶と
が混在した組織を有し、かつＸ線回折における（200）
面のピーク強度をＩ（200）、（220）面のピーク強度を
Ｉ（220）とした時、次式 IA＝Ｉ（220）/I（200） で表されるIA値が2.0乃至11.0の範囲にあることを特徴
とするものである。
材上に配向した組織を含むTi化合物を形成した切削工具
は、膜自体の靭性が大きく向上し、Ti化合物の耐摩耗性
を損なうことなく、耐欠損性が向上するという知見を得
た。即ち、本発明は、サーメット、超硬合金、窒化珪素
質材料等の高強度材料として知られた材料を母材とし
て、この母材表面に、化学気相成長（CVD）法により少
なくともチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれ
る少なくとも１種から成る硬質膜を被覆してなる被覆切
削工具において、該硬質膜が柱状晶結晶と粒状晶結晶と
が混在した組織を有し、かつＸ線回折における（200）
面のピーク強度をＩ（200）、（220）面のピーク強度を
Ｉ（220）とした時、次式 IA＝Ｉ（220）/I（200） で表されるIA値が2.0乃至11.0の範囲にあることを特徴
とするものである。
一般に、化学気相成長法（CVD法）によってTiの炭化
物、窒化物、炭窒化物を形成させる場合、まず母材表面
に核が発生し、これら核からさらに成長して最終的に膜
が生成されるが、この成長過程における反応条件によっ
ていわゆる結晶配向が伴って成長してなる柱状晶（第１
図参照）と配向することなくランダム状に成長してなる
粒状晶（第２図参照）のほぼ２種類の結晶組織構造が生
成される。このうち被覆切削工具におけるTi化合物被膜
の組織構造は一般には後者が用いられる。よって、膜の
配向度を示すＸ線回折における前記式（１）のIA値も0.
5乃至0.6と小さい値を示すが、柱状晶結晶は配向してい
るためにIA値は30乃至50の大きな値を示す、これに対
し、本発明は前記式のIAで表されるピーク比が2.0乃至1
1.0の範囲で配向された組織からなるTi化合物の膜を形
成するものである。
物、窒化物、炭窒化物を形成させる場合、まず母材表面
に核が発生し、これら核からさらに成長して最終的に膜
が生成されるが、この成長過程における反応条件によっ
ていわゆる結晶配向が伴って成長してなる柱状晶（第１
図参照）と配向することなくランダム状に成長してなる
粒状晶（第２図参照）のほぼ２種類の結晶組織構造が生
成される。このうち被覆切削工具におけるTi化合物被膜
の組織構造は一般には後者が用いられる。よって、膜の
配向度を示すＸ線回折における前記式（１）のIA値も0.
5乃至0.6と小さい値を示すが、柱状晶結晶は配向してい
るためにIA値は30乃至50の大きな値を示す、これに対
し、本発明は前記式のIAで表されるピーク比が2.0乃至1
1.0の範囲で配向された組織からなるTi化合物の膜を形
成するものである。
このような前記IA値を有するTi化合物の膜を生成させ
るためには前述した２種類の結晶、即ち柱状晶結晶と粒
状晶結晶とが混在した組織構造となし、それらの結晶の
生成の比率を調整することによって前記式（１）の値を
2.0乃至11.0の範囲に設定することができる。
るためには前述した２種類の結晶、即ち柱状晶結晶と粒
状晶結晶とが混在した組織構造となし、それらの結晶の
生成の比率を調整することによって前記式（１）の値を
2.0乃至11.0の範囲に設定することができる。
このような２種類の結晶が混在した組織構造の膜を得
るためには、まず基板上に先に第１図に示したような柱
状晶組織の結晶を生成させて、次いで第２図に示した粒
状晶組織の結晶を生成させると、柱状晶結晶中の間隙に
粒状晶結晶が生成し最終的に第３図の電子顕微鏡写真に
示すような２種の結晶が混在した組織のTi化合物膜が得
られる。なお、この２種の結晶構造をそれぞれ生成する
ための条件としては基板温度、原料ガス濃度、炉内圧力
という基本条件の他に、原料ガスの種類、プラズマ状態
や炉自体の性質など各種要因により決定されるため、一
概に限定することは困難であるが、およそ次のようなこ
とが言れる。通常粒状晶結晶が生成される条件に対して
基板温度については上昇を、炉内圧力、原料ガス過飽和
度については低下させることによって柱状晶結晶構造が
得られる。これは前述した金属炭化物、窒化物、炭窒化
物等のいずれの場合においてもほぼ同様な傾向にあると
言える。
るためには、まず基板上に先に第１図に示したような柱
状晶組織の結晶を生成させて、次いで第２図に示した粒
状晶組織の結晶を生成させると、柱状晶結晶中の間隙に
粒状晶結晶が生成し最終的に第３図の電子顕微鏡写真に
示すような２種の結晶が混在した組織のTi化合物膜が得
られる。なお、この２種の結晶構造をそれぞれ生成する
ための条件としては基板温度、原料ガス濃度、炉内圧力
という基本条件の他に、原料ガスの種類、プラズマ状態
や炉自体の性質など各種要因により決定されるため、一
概に限定することは困難であるが、およそ次のようなこ
とが言れる。通常粒状晶結晶が生成される条件に対して
基板温度については上昇を、炉内圧力、原料ガス過飽和
度については低下させることによって柱状晶結晶構造が
得られる。これは前述した金属炭化物、窒化物、炭窒化
物等のいずれの場合においてもほぼ同様な傾向にあると
言える。
本発明の被覆切削工具において、上述したような前記
IAが特定の値をもつTi化合物膜は工具母材上に単層とし
て存在する他、被層構造の硬質膜中の１つの層として存
在しても硬質膜内でのクラックの伝播をこのTi化合物層
にて防ぐことができる。
IAが特定の値をもつTi化合物膜は工具母材上に単層とし
て存在する他、被層構造の硬質膜中の１つの層として存
在しても硬質膜内でのクラックの伝播をこのTi化合物層
にて防ぐことができる。
本発明において用いられる工具母材としては、被覆切
削工具として従来から知られているいずれのものｂ採用
され、例えばWC−Coを主成分、あるいはTiC、TiCN等を
主成分とし、硬質相として周期律表第4a族、第5a族ある
いは第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭
窒酸化物を加えた超硬合金やサーメット焼結体、窒化珪
素に周期律表第3a族酸化物の他にMgO、Al2O3等を加えた
窒化珪素質焼結体等が採用されるが、これらの中でも超
硬合金が母材として最も有効である。
削工具として従来から知られているいずれのものｂ採用
され、例えばWC−Coを主成分、あるいはTiC、TiCN等を
主成分とし、硬質相として周期律表第4a族、第5a族ある
いは第6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭
窒酸化物を加えた超硬合金やサーメット焼結体、窒化珪
素に周期律表第3a族酸化物の他にMgO、Al2O3等を加えた
窒化珪素質焼結体等が採用されるが、これらの中でも超
硬合金が母材として最も有効である。
一方、硬質膜はTi化合物は含む他、Zr、Hf等の周期律
表第4a族、Ta、Nb、Ｖ等の第5a族あるいはCr等の第6a族
の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭窒化物あるいはAlの
酸化物、酸窒化物から選ばれる１種または２種以上の単
層あるいは被層から成り、これらのうち前述した混在組
織層を形成し得るものとしてはAl化合物を除く他の立方
晶構造の化合物が挙げられ、これらの中でもTiC、TiN、
TiCNおよびTiCNOが最も望ましく、前述したAl化合物は
最外層として一般に形成される。
表第4a族、Ta、Nb、Ｖ等の第5a族あるいはCr等の第6a族
の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭窒化物あるいはAlの
酸化物、酸窒化物から選ばれる１種または２種以上の単
層あるいは被層から成り、これらのうち前述した混在組
織層を形成し得るものとしてはAl化合物を除く他の立方
晶構造の化合物が挙げられ、これらの中でもTiC、TiN、
TiCNおよびTiCNOが最も望ましく、前述したAl化合物は
最外層として一般に形成される。
これら硬質膜は母材上に５乃至20μｍの厚みで形成さ
れ、このうち混在組織層は２μｍ以上の厚みで存在して
いることが望ましく、２μｍを下回ると混在組織による
効果が充分に発揮されない。以下、本発明を次の例で説
明する。
れ、このうち混在組織層は２μｍ以上の厚みで存在して
いることが望ましく、２μｍを下回ると混在組織による
効果が充分に発揮されない。以下、本発明を次の例で説
明する。
（実施例１） 母材としてISO P30（超硬合金製、型板CNMG120408）
を用い、公知のCVD法にて基板温度1000℃、H2:45％、Ti
Cl4:5％、N2:50％、炉内圧力60mbarの混合気流中で柱状
晶TiN膜を６時間生成し、炉内圧力を800mbarに上昇さ
せ、柱状晶TiNの間隙に粒状晶TiNを析出させ、膜厚10μ
ｍの柱状晶組織と粒状晶組織が混在した被膜を形成し
た。
を用い、公知のCVD法にて基板温度1000℃、H2:45％、Ti
Cl4:5％、N2:50％、炉内圧力60mbarの混合気流中で柱状
晶TiN膜を６時間生成し、炉内圧力を800mbarに上昇さ
せ、柱状晶TiNの間隙に粒状晶TiNを析出させ、膜厚10μ
ｍの柱状晶組織と粒状晶組織が混在した被膜を形成し
た。
得られた被膜のＸ線回折測定を行い、IA値を算出した
ところ8.0であった。
ところ8.0であった。
また、上記のCVD条件において柱状晶TiN膜をおよび粒
状晶TiN膜の生成時間を変え、IA値の異なる数種のサン
プルを作成した。
状晶TiN膜の生成時間を変え、IA値の異なる数種のサン
プルを作成した。
また、比較として、同一材種の母材に前述と同一条件
で粒状晶TiNのみの被膜（IA＝35）を10μｍ形成したも
のおよび同様にして粒状晶TiNのみの被膜（IA＝0.5）を
10μｍ形成したものを作成した。
で粒状晶TiNのみの被膜（IA＝35）を10μｍ形成したも
のおよび同様にして粒状晶TiNのみの被膜（IA＝0.5）を
10μｍ形成したものを作成した。
上記で得られたサンプルに対し、下記の条件で切削試
験を行った。
験を行った。
被削材 SCM435R 切削速度 150m/min 送り 0.3mm/rev 切り込み 2mm 時間 15分 上記条件で切削後フランク摩耗量を測定した。
被削材 SCM435（10mm幅の溝が４本入ったもの） 切削速度 80m/min 送り 0.3mm/rev 切り込み 3mm 衝撃回数 約500回 上記条件で切削後、各サンプル（それぞれ30個）につ
いて欠損した割合（欠損率）を求めた。
いて欠損した割合（欠損率）を求めた。
結果は第１表No1乃至６に示す。
（実施例２） 実施例１と同一の工具母材およびCVD法を用いて基板
温度1150℃でH2:92％、TiCl4:4％、CH4:4％、炉内圧力6
0mbarの混合気流中で柱状晶TiC膜を４時間生成し、つい
で基板温度1020℃に低下させ、柱状晶TiCの間隙に粒状
晶TiCを析出させ、膜厚10μｍの柱状晶組織と粒状晶組
織が混在した被膜を形成した。なお、この膜のIA値は1.
5であった。また、各生成時間を変え、IA値の異なる数
種のサンプルを作成した。
温度1150℃でH2:92％、TiCl4:4％、CH4:4％、炉内圧力6
0mbarの混合気流中で柱状晶TiC膜を４時間生成し、つい
で基板温度1020℃に低下させ、柱状晶TiCの間隙に粒状
晶TiCを析出させ、膜厚10μｍの柱状晶組織と粒状晶組
織が混在した被膜を形成した。なお、この膜のIA値は1.
5であった。また、各生成時間を変え、IA値の異なる数
種のサンプルを作成した。
また、比較として、同一材種の母材に前述と同一条件
で柱状晶TiCのみの被膜（IA＝35）を10μｍ形成したも
のおよび同様にして柱状晶TiCのみの被覆（IA＝0.6）を
10μｍ形成したものを作成した。
で柱状晶TiCのみの被膜（IA＝35）を10μｍ形成したも
のおよび同様にして柱状晶TiCのみの被覆（IA＝0.6）を
10μｍ形成したものを作成した。
これらを実施例１と同様に摩耗テスト、耐欠損テスト
を行い、その結果を第１表No7乃至11に示した。
を行い、その結果を第１表No7乃至11に示した。
（実施例３） 実施例１と同一の工具母材およびCVD法を用いて基板
温度1050℃でH2:51％、TiCl4:5％、CH4:4％、N2:40％、
炉内圧力50mbarの混合気流中で柱状晶TiCN膜を４時間生
成し、ついで炉内圧力を900mbarに高め、柱状晶TiCNの
間隙に柱状晶TiCNを析出させ、膜厚10μｍの柱状晶組織
と粒状晶組織が混在した被膜を形成した。なお、この膜
のIA値は10であった。また、各生成時間を変え、IA値の
異なる数種のサンプルを作成した。また比較として、同
一材種の母材に前述と同一条件で柱状晶TiCNのみの被膜
（IA＝28）を10μｍ形成したもの、および同様にして粒
状晶TiCNのみの被覆（IA＝0.5）を10μｍ形成したもの
を作成した。これらを実施例１と同様に摩耗テストおよ
び耐欠損テストを行い、結果を第１表No12乃至16に示し
た。
温度1050℃でH2:51％、TiCl4:5％、CH4:4％、N2:40％、
炉内圧力50mbarの混合気流中で柱状晶TiCN膜を４時間生
成し、ついで炉内圧力を900mbarに高め、柱状晶TiCNの
間隙に柱状晶TiCNを析出させ、膜厚10μｍの柱状晶組織
と粒状晶組織が混在した被膜を形成した。なお、この膜
のIA値は10であった。また、各生成時間を変え、IA値の
異なる数種のサンプルを作成した。また比較として、同
一材種の母材に前述と同一条件で柱状晶TiCNのみの被膜
（IA＝28）を10μｍ形成したもの、および同様にして粒
状晶TiCNのみの被覆（IA＝0.5）を10μｍ形成したもの
を作成した。これらを実施例１と同様に摩耗テストおよ
び耐欠損テストを行い、結果を第１表No12乃至16に示し
た。
第１表の結果から明らかなように、IA値が2.0を下回
るNo.1、７、８、12はいずれも耐摩耗性は良好である
が、欠損率が大きく、IA値が11.0を越えるNo.6、11、16
では柱状晶が過剰に存在し、逆に摩耗量が大きいのに対
し、IA値が2.0乃至11.0の範囲に設定された本発明の試
料はいずれも高い対摩耗性を有しつつ優れた耐欠損性を
示した。
るNo.1、７、８、12はいずれも耐摩耗性は良好である
が、欠損率が大きく、IA値が11.0を越えるNo.6、11、16
では柱状晶が過剰に存在し、逆に摩耗量が大きいのに対
し、IA値が2.0乃至11.0の範囲に設定された本発明の試
料はいずれも高い対摩耗性を有しつつ優れた耐欠損性を
示した。
（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明によればTi化合物からなる
硬質膜の配向度を特定の範囲にすることによって硬質膜
の靭性を著しく向上させることができ、被覆切削工具と
して耐摩耗性を劣化させることなく耐欠損性を改善する
ことができる。よってこれら工具を用いることにより切
削の安定性、長寿命化を達成することができる。
硬質膜の配向度を特定の範囲にすることによって硬質膜
の靭性を著しく向上させることができ、被覆切削工具と
して耐摩耗性を劣化させることなく耐欠損性を改善する
ことができる。よってこれら工具を用いることにより切
削の安定性、長寿命化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は柱状晶TiN膜の組織構造を示す電子顕微鏡写
真、第２図は粒状晶TiN膜の組織構造を示す電子顕微鏡
写真、第３図は柱状晶TiNと粒状晶TiNとが混在した膜の
組織構造を示す電子顕微鏡写真である。
真、第２図は粒状晶TiN膜の組織構造を示す電子顕微鏡
写真、第３図は柱状晶TiNと粒状晶TiNとが混在した膜の
組織構造を示す電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 16/40 Ｃ２３Ｃ 16/40
Claims (1)
- 【請求項１】高強度材料から成る工具母材表面に、化学
気相成長（CVD）法により少なくともチタンの炭化物、
窒化物、炭窒化物から選ばれる少なくとも１種から成る
硬質膜を被覆してなる被覆切削工具において、該硬質膜
が柱状晶結晶と粒状晶結晶とが混在した組織を有し、か
つＸ線回折における（200）面のピーク強度をＩ（20
0）、（220）面のピーク強度をＩ（220）とした時、次
式 IA＝Ｉ（220）/I（200） で表されるIA値が2.0乃至11.0の範囲にあることを特徴
とする被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156372A JP2876132B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | 被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156372A JP2876132B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | 被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0326404A JPH0326404A (ja) | 1991-02-05 |
| JP2876132B2 true JP2876132B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=15626314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1156372A Expired - Lifetime JP2876132B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | 被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876132B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3052586B2 (ja) * | 1992-06-25 | 2000-06-12 | 三菱マテリアル株式会社 | 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 |
| JP2867803B2 (ja) * | 1992-06-25 | 1999-03-10 | 三菱マテリアル株式会社 | 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 |
| JP2800571B2 (ja) * | 1992-06-25 | 1998-09-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 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 |
| JP2557316B2 (ja) * | 1993-10-04 | 1996-11-27 | 株式会社デジタルストリーム | 多次元情報入力装置 |
| JP5729777B2 (ja) * | 2010-09-07 | 2015-06-03 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| US8741428B2 (en) * | 2011-04-21 | 2014-06-03 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool and manufacturing method thereof |
| JP6139058B2 (ja) * | 2012-01-04 | 2017-05-31 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP5850402B2 (ja) * | 2012-02-16 | 2016-02-03 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP6039481B2 (ja) * | 2013-03-27 | 2016-12-07 | 京セラ株式会社 | 表面被覆部材 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56156767A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Highly hard substance covering material |
-
1989
- 1989-06-19 JP JP1156372A patent/JP2876132B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0326404A (ja) | 1991-02-05 |
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