JP3087503B2 - 耐摩耗性および耐欠損性の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化タングステン基超硬合金製切削工具の製造法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐摩耗性と
耐欠損性を有し、特に耐欠損性が要求される、例えば鋼
の高送り切削や高切込み切削などの重切削において、こ
れの高速切削に用いた場合に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
硬合金製切削工具の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、例えば鋼の通常条件での
連続切削や断続切削に、重量%(質量%)で[重量%と
質量%は実質的に同じ割合を示すので、以下、%は重量
%、すなわち質量%を示す]、Coおよび/またはNi
を主体とする金属結合相:5〜20%を含有し、残りが
WCを主体とする硬質相からなるWC基超硬合金基体の
表面に、化学蒸着法を用いて、Tiの炭化物、窒化物、
炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、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、Ti
N、TiCN、TiCO、TiNO、およびTiCN
O、並びにAl2 3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1〜15μm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
工具が用いられていることは良く知られるところであ
る。また、例えば特開平2−254144号公報に記載
されるように、耐欠損性を向上させ、もって例えば鋼の
高送り切削や高切込み切削などの重切削での耐摩耗性を
向上させる目的で、上記の表面被覆WC基超硬合金製切
削工具の表面にショットピーニングを施して、これを構
成する硬質被覆層中にクラックを積極的に一様に形成し
てなる表面被覆WC基超硬合金製切削工具も知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のFA化および省力化はめざましく、これに伴ない、切
削工具にも切削条件に影響を受けにくい汎用性が強く望
まれているが、上記の硬質被覆層にショットピーニング
形成クラックが一様に存在する従来表面被覆WC基超硬
合金製切削工具は、通常の条件での重切削ではすぐれた
耐摩耗性を示すものの、これを高速化した場合、摩耗進
行が著しく速くなり、比較的短時間で使用寿命に至るの
が現状である。
【0004】
【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、上記の硬質被覆層にショットピ
ーニング形成クラックが一様に分布する従来表面被覆W
C基超硬合金製切削工具のもつ問題点を解決すべく研究
を行なった結果、上記の表面被覆WC基超硬合金製切削
工具を製造するに際して、これを構成する硬質被覆層の
形成を2回に分けて行ない、前記硬質被覆層の形成毎
に、最初形成された硬質被覆層には相対的に強いショッ
トピーニング処理を施して、高密度クラック分布層と
し、またつぎに形成された硬質被覆層には相対的に弱い
ショットピーニング処理を施して、低密度クラック分布
層とすることにより、表面側上方部分と基体側下方部分
とでクラック分布密度の異るショットピーニング形成ク
ラックが存在し、かつ前記クラック分布密度を、前記表
面側上方部分に比して前記基体側下方部分の方を高くし
た硬質被覆層を形成すると、この結果製造された表面被
覆WC基超硬合金製切削工具は、例えば鋼の重切削を高
速で行なっ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という研究結果を得
たのである。
【0005】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、Coおよび/またはNiを主体
とする金属結合相:5〜20%を含有し、残りがWCを
主体とする硬質相からなるWC基超硬合金基体の表面
に、 (a)TiC、TiN、TiCN、TiCO、TiN
O、TiCNO、およびAl2 3 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を形成した
後、これにショットピーニング処理を施して、高密度ク
ラック分布層とし、 (b)ついで、上記(a)の高密度クラック分布層の表
面に、さらに上記のTiC、TiN、TiCN、TiC
O、TiNO、TiCNO、およびAl2 3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
形成し、さらにこれにショットピーニング処理を施し
て、低密度クラック分布層とすること、により、表面側
上方部分と基体側下方部分とでクラック分布密度が異る
ショットピーニング形成クラックが存在し、前記クラッ
ク分布密度は、前記表面側上方部分に比して前記基体側
下方部分の方が高く、かつ1〜15μmの平均層厚を有
する硬質被覆層を形成してなる、耐摩耗性と耐欠損性の
すぐれた表面被覆WC基超硬合金製切削工具の製造法に
特徴を有するものである。
【0006】なお、この発明の切削工具の製造法におい
て、これを構成する基体の金属結合相の含有量を5〜2
0%としたのは、その含有量が5%未満では焼結性が低
下し、基体に十分な強度を確保することができず、一方
その含有量が20%を越えると硬さが低下し、基体自体
の摩耗進行が急激に加速されるようになるという理由に
よるものである。また、この発明の切削工具の製造法に
おいて、硬質被覆層の平均層厚を1〜15μmと限定し
たのは、その平均層厚が1μm未満では所望の耐摩耗性
向上効果が得られず、一方その平均層厚が15μmを越
えると、切刃に欠損やチッピング(微小欠け)が発生す
るようになるという理由にもとづくものである。
【0007】
【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、いずれも1〜6μmの範囲内の所定の
平均粒径を有するWC粉末、TiC粉末、TiN粉末、
TaC粉末、NbC粉末、Cr3 2 粉末、VC粉末、
Co粉末、およびNi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
間湿式混合した後、1ton/cm2(98MPa)の
圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、10〜1
00torr(1.3〜13KPa)の範囲内の所定の
2 分圧の窒素雰囲気中、1380〜1430℃の範囲
内の所定温度に1時間保持の条件で焼結してISO規格
SNMN432のスローアウェイチップ形状を有するW
C基超硬合金基体A〜Iを形成した。
【0008】ついで、上記基体A〜Iの表面に、通常の
化学蒸着装置を用いて、まず、高密度クラック分布層を
形成する目的で、表2に示される組成および平均層厚の
単層または複層の硬質被覆層(表2に*印を付す)を形
成した後、 ショット:0.4mmの平均粒径を有する鋳鉄球、 投射速度:80m/sec 、 投射時間:3分、 の条件でショットピーニングを施し、引続いて低密度ク
ラック分布層を形成する目的で、同じく表2に示される
組成および平均層厚を有する単層または複層の硬質被覆
層(表2で*印のないもの)を形成し、これに、 ショット:0.3mmの平均粒径を有する鋳鉄球、 投射速度:40m/sec 、 投射時間:1分、 の条件でショットピーニングを施すことにより、それぞ
れクラック分布密度は異るが、いずれも基体側下方部分
の方が表面側上方部分に比してショットピーニング形成
クラックのクラック分布密度が高い硬質被覆層を形成す
る本発明法を実施し、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)1〜13をそれ
ぞれ製造した。
【0009】また、比較の目的で、上記の基体A〜Iの
表面に、同じ化学蒸着装置を用い、上記本発明法で製造
された本発明被覆切削工具1〜13のそれぞれに対応し
た組成および平均層厚の硬質被覆層を形成した後、 ショット:0.4mmの平均粒径を有する鋳鉄球、 投射速度:80m/sec 、 投射時間:3分、 の条件でショットピーニングを施すことにより、硬質被
覆層に一様なクラック分布密度のショットピーニング形
成クラックを存在させることからなる従来法を行い、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)1〜13をそれぞれ製造した。
【0010】つぎに、この結果得られた各種の被覆切削
工具について、クラック分布密度を検討するために、そ
の硬質被覆層の縦断面を顕微鏡観察し、これの基体界面
と最表面における長さ:1mm内に存在するクラック本数
を任意5個所について目視測定した。この測定結果を平
均値として表3,4に示した。
【0011】また、上記の各種被覆切削工具について、 被削材:SCM440(硬さ:HB 170)の丸棒、 切削速度:250m/min 、 切込み:4.5mm、 送り:0.3mm/rev.、 切削時間:30分、 の条件での鋼の連続高切込み高速切削試験を行ない、切
刃の逃げ面摩耗幅を測定し、さらに、 被削材:SCM440(硬さ:HB 170)の丸棒、 切削速度:180m/min 、 切込み:4.5mm、 送り:0.3mm/rev.、 切削時間:30分、 の条件での鋼の連続高切込み切削試験を行ない、いずれ
の試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測
定結果も表3,4に示した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】
【発明の効果】表1〜4に示される結果から、本発明法
で製造された本発明被覆切削工具1〜13は、いずれも
これを構成する硬質被覆層におけるショットピーニング
形成クラックのクラック分布密度が表面側上方部分と基
体側下方部分とで異り、かつ表面側上方部分に比して基
体側下方部分の方が高いクラック分布密度を有し、一方
従来法で製造された従来被覆切削工具1〜13は、いず
れも硬質被覆層におけるショットピーニング形成クラッ
クのクラック分布密度が層全体に亘ってほぼ一様である
ことが明らかであり、この結果として、前者は鋼の高切
込み切削を通常の条件は勿論のこと、これを高速で行な
っても、すぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示すのに対し
て、後者は通常の条件では切刃に欠損やチッピングの発
生のない、すぐれた耐欠損性と耐摩耗性を示すものの、
これの高速切削では一段と速い摩耗進行を示すようにな
ることが明白である。上述のように、この発明の方法に
よれば、すぐれた耐摩耗性と耐欠損性を有する表面被覆
WC基超硬合金製切削工具を製造することができ、した
がってこれを特に耐欠損性が要求される、例えば鋼の重
切削に用いた場合に、これを高速切削で行なっても摩耗
進行が著しく抑制されることから、長期に亘ってすぐれ
た切削性能を発揮するのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23B 27/14 B23P 15/28 C04B 35/56 C23C 16/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Coおよび/またはNiを主体とする金
    属結合相:5〜20重量%(質量%)を含有し、残りが
    炭化タングステンを主体とする硬質相からなる炭化タン
    グステン基超硬合金基体の表面に、 (a)Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒
    酸化物、および炭窒酸化物、並びに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硬質被
    覆層を形成した後、これにショットピーニング処理を施
    して、高密度クラック分布層とし、 (b)ついで、上記(a)の高密度クラック分布層の表
    面に、さらに上記のTiの炭化物、窒化物、炭窒化物、
    炭酸化物、窒酸化物、および炭窒酸化物、並びに酸化ア
    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
    らなる硬質被覆層を形成し、さらにこれにショットピー
    ニング処理を施して、低密度クラック分布層とするこ
    と、により、表面側上方部分と基体側下方部分とでクラ
    ック分布密度が異るショットピーニング形成クラックが
    存在し、前記クラック分布密度は、前記表面側上方部分
    に比して前記基体側下方部分の方が高く、かつ1〜15
    μmの平均層厚を有する硬質被覆層を形成することを特
    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
    化タングステン基超硬合金製切削工具の製造法。
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