JP3087465B2 - 耐摩耗性および耐欠損性の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の製造法 - Google Patents
耐摩耗性および耐欠損性の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の製造法Info
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Description
ではすぐれた耐摩耗性を示し、かつ断続切削ではすぐれ
た耐欠損性を発揮する表面被覆炭窒化チタン(以下、T
iCNで示す)基サーメット製切削工具の製造法に関す
るものである。
に、例えばTi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、それぞれTiC,TiN,TiCN,TiCO、お
よびTiCNO、並びにAl2 O3で示す)などのうち
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
を化学蒸着法または物理蒸着法により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
切削工具が、例えば鋼などの連続仕上げ切削に用いられ
ている。
メット製切削工具を構成する硬質被覆層に関して、化学
蒸着法および物理蒸着法を用いての硬質被覆層形成時に
おける反応雰囲気温度からの冷却時に、TiCN基サー
メット基体の表面に形成された硬質被覆層に比して前記
TiCN基サーメット基体の方が高い収縮率を示すこと
から、前記硬質被覆層には圧縮応力が存在するようにな
り、その値は10〜40kg/mm2(98〜392M
Pa)となることも知られている。
の省力化およびFA化はめざましく、これに伴ない、切
削工具には汎用性が強く要求される傾向にあるが、上記
の従来表面被覆TiCN基サーメット製切削工具におい
ては、これを例えばやや送りの高い鋼の断続仕上げ切削
に用いた場合、切刃に欠損が発生し易く、実用に供する
ことができないのが現状である。
上述のような観点から、耐欠損性のすぐれた表面被覆T
iCN基サーメット製切削工具を製造すべく、特に上記
従来表面被覆TiCN基サーメット製切削工具に着目し
研究を行なった結果、上記の従来表面被覆TiCN基サ
ーメット製切削工具を構成する硬質被覆層には、上記の
通り切刃全体に亘って通常10〜40kg/mm2(9
8〜392MPa)の範囲内の所定の実質的に同じ圧縮
応力が存在するが、前記硬質被覆層形成後の切刃のすく
い面部分、またはすくい面部分と逃げ面部分に、例えば
鋼球使用のショットブラスト処理を施して、前記すくい
面部分のもつ圧縮応力(Fh)を前記逃げ面部分のもつ
圧縮応力(Fl)に比して増大させると共に、 Fh−Fl≧5kg/mm2(49MPa)、 を満足する圧縮応力分布とすると、この結果の表面被覆
TiCN基サーメット製切削工具は、断続切削ですぐれ
た耐欠損性を示すほか、連続切削でもより一段とすぐれ
た耐摩耗性を示す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基サーメット基体の表
面に、 (a)化学蒸着法および/または物理蒸着法にて、単層
または複層からなり、かつ圧縮応力分布が切刃全体に亘
って実質的に同じ硬質被覆層を形成し、 (b)ついで、上記硬質被覆層形成後の切刃のすくい面
部分、またはすくい面部分と逃げ面部分にショットブラ
スト処理を施して、前記すくい面部分のもつ圧縮応力
(Fh)を前記逃げ面部分のもつ圧縮応力(Fl)に比
して増大させると共に、 Fh−Fl≧5kg/mm2(49MPa)、 を満足する圧縮応力分布とすること、により、耐摩耗性
および耐欠損性にすぐれた表面被覆TiCN基サーメッ
ト製切削工具を製造する方法に特徴を有するものであ
る。
て、Fh をFl に比して5kg/mm2(49MP
a) 以上高くしたのは、両者の差が5kg/mm2(4
9MPa) 未満では、耐摩耗性および耐欠損性に顕著
な改善効果が得られないという理由によるものである。
メット製切削工具の製造法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:1.2μmのCo粉
末、同2.5μmのNi粉末、同1.5μmのTaC粉
末、同2.0μmのNbC粉末、同1.0μmのWC粉
末、同1.3μmのMo2 C粉末、同2.0μmのZr
C粉末、同1.4μmのTiC粉末、同1.3μmのT
iN粉末、および同1.5μmのTiCN(重量比でT
iC/TiN=50/50)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、ついでこれらの圧粉体の一部を、1×10-2トール
(1.33Pa)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してTi
CN基サーメット基体A,Bを製造し、また前記圧粉体
の残りについては、1300℃までの昇温過程を1×1
0-2トール(1.33Pa)の真空雰囲気とし、130
0℃から1450〜1600℃の範囲内の所定の焼結温
度までの昇温過程と前記焼結温度に1時間保持の雰囲気
を40トール(5.3KPa)の窒素雰囲気とし、かつ
前記焼結温度からの冷却を1×10-1トール(13.3
Pa)の真空中で行なう焼結を施して、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C,Dを製造した。な
お、上記TiCN基サーメット基体(以下、サーメット
基体という)A〜DはいずれもISO・CNMG120
408の切削チップ形状をもつものである。
表面に、通常の化学蒸着法(CVD)および/または物
理蒸着法(PVD)を用い、通常の条件で表2に示され
る組成および平均層厚の硬質被覆層を形成することこと
からなる従来法により従来表面被覆TiCN基サーメッ
ト製切削工具(以下、従来被覆サーメット製工具とい
う)1〜8をそれぞれ製造した。
された従来被覆サーメット製工具1〜8の切刃のすくい
面部分、またはすくい面部分と逃げ面部分に、それぞれ
ショットとして平均径:0.3mmφの鋼球を用い、投射
速度:50〜90m/秒、投射時間:50〜200秒の
条件でショットブラスト処理を施すことにより本発明法
および比較法をそれぞれ実施し、表3,4に示される圧
縮応力を切刃すくい面部分および逃げ面部分に有する本
発明表面被覆TiCN基サーメット製切削工具(以下、
本発明被覆サーメット製工具という)1〜8、および比
較表面被覆TiCN基サーメット製切削工具(以下、比
較被覆サーメット製工具という)1〜8をそれぞれ製造
した。したがって、本発明法で製造された本発明被覆サ
ーメット製工具1〜8および比較法で製造された比較被
覆サーメット製工具1〜8のそれぞれの硬質被覆層の組
成および平均層厚は、上記従来被覆サーメット製工具1
〜8のそれとそれぞれ対応して同一である。
ット製工具1〜8は、切刃すくい面部分および/または
逃げ面部分における硬質被覆層の圧縮応力分布がこの発
明の範囲から外れたものである。また、表4には、従来
被覆サーメット製工具1〜8の切刃すくい面部分および
逃げ面部分における硬質被覆層の圧縮応力も示した。以
上、圧縮応力は、X線回折法により表2の※印を付した
組成、すなわち硬質被覆層のうちの表3,4に示される
組成のものについて測定した結果を示すものである。
メット製工具について、 被削材:JIS・SCM440(硬さ:HB 220)の
丸棒、 切削速度:220m/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連続切削試験、並びに、 被削材:JIS・SCM440(硬さ:HB 220)の
溝付き丸棒、 切削速度:220m/min 、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 の条件での鋼の乾式断続切削試験を行ない、上記連続切
削試験では切刃逃げ面の摩耗幅を測定し、また上記断続
切削試験では切刃に欠損が発生するまでの切削時間を測
定した。これらの測定結果を表3,4に示した。
で製造された本発明被覆サーメット製工具1〜8は、い
ずれも従来被覆サーメット製工具1〜8に比して、連続
切削では同等以上の耐摩耗性を示し、また断続切削で
は、従来被覆サーメット製工具1〜8がきわめて短時間
の切削で切刃に欠損が発生するのに対して、すぐれた切
削性能を長期に亘って発揮し、すぐれた耐欠損性を示す
ことが明らかであり、一方比較被覆サーメット製工具1
〜8に見られるように、切刃すくい面部分および逃げ面
部分における硬質被覆層の圧縮応力分布が本発明法のそ
れと異なると耐摩耗性および耐欠損性ともに劣ったもの
になることが明らかである。上述のように、この発明の
方法によれば、表面被覆TiCN基サーメット製切削工
具は、連続切削では同等以上のすぐれた耐摩耗性を示
し、さらに断続切削でもすぐれた耐欠損性を示し、連続
切削と断続切削のいずれへの実用においてもすぐれた切
削性能を長期に亘って発揮する表面被覆TiCN基サー
メット製切削工具の製造を可能とするものである。
Claims (1)
- 【請求項1】 炭窒化チタン基サーメット基体の表面
に、 (a)化学蒸着法および/または物理蒸着法にて、単層
または複層からなり、かつ圧縮応力分布が切刃全体に亘
って実質的に同じ硬質被覆層を形成し、 (b)ついで、上記硬質被覆層形成後の切刃のすくい面
部分、またはすくい面部分と逃げ面部分にショットブラ
スト処理を施して、前記すくい面部分のもつ圧縮応力
(Fh)を前記逃げ面部分のもつ圧縮応力(Fl)に比
して増大させると共に、 Fh−Fl≧5kg/mm2(49MPa)、 を満足する圧縮応力分布とすること、 を特徴とする耐摩耗性および耐欠損性のすぐれた表面被
覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具の製造法。
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