JP3099834B2 - すぐれた靭性を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 - Google Patents
すぐれた靭性を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具Info
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- based cermet
- cutting
- cutting tool
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- titanium carbonitride
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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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、例えば鋼の連続切削
は勿論のこと、特に靭性が要求される断続切削に用いた
場合にも、切刃に欠けやチッピングなどの発生なく、す
ぐれた切削性能を発揮する表面被覆炭窒化チタン（以
下、ＴｉＣＮで示す）基サーメット製切削工具に関する
ものである。
は勿論のこと、特に靭性が要求される断続切削に用いた
場合にも、切刃に欠けやチッピングなどの発生なく、す
ぐれた切削性能を発揮する表面被覆炭窒化チタン（以
下、ＴｉＣＮで示す）基サーメット製切削工具に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開昭５９−１１０７７６
号公報に記載される通り、ＣｏおよびＮｉを主体とする
結合相形成成分を１２〜２０重量％（以下、％は重量％
を示す）含有するＴｉＣＮ基サーメットからなる基体の
表面に、化学蒸着法または物理蒸着法を用いて、Ｔｉの
炭化物、窒化物、および炭窒化物、並びに酸化アルミニ
ウム（以下、それぞれＴｉＣ，ＴｉＮ，およびＴｉＣ
Ｎ，並びにＡｌ2 Ｏ3 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１〜１０μｍの
平均層厚で形成してなる表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット
製切削工具が知られており、かつこれらの従来表面被覆
ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具が、例えば各種鋼の連
続切削に用いられていることも知られている。
号公報に記載される通り、ＣｏおよびＮｉを主体とする
結合相形成成分を１２〜２０重量％（以下、％は重量％
を示す）含有するＴｉＣＮ基サーメットからなる基体の
表面に、化学蒸着法または物理蒸着法を用いて、Ｔｉの
炭化物、窒化物、および炭窒化物、並びに酸化アルミニ
ウム（以下、それぞれＴｉＣ，ＴｉＮ，およびＴｉＣ
Ｎ，並びにＡｌ2 Ｏ3 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１〜１０μｍの
平均層厚で形成してなる表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット
製切削工具が知られており、かつこれらの従来表面被覆
ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具が、例えば各種鋼の連
続切削に用いられていることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
の多様化に伴ない、連続切削に加えて、同じ切削工具の
断続切削への適用が求められているが、上記の従来表面
被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具は、これを例えば
鋼の断続切削に用いた場合、靭性不足が原因で切刃に欠
けやチッピングが発生し易く、比較的短時間で使用寿命
に至ることから、断続切削への適用は困難であるのが現
状である。
の多様化に伴ない、連続切削に加えて、同じ切削工具の
断続切削への適用が求められているが、上記の従来表面
被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具は、これを例えば
鋼の断続切削に用いた場合、靭性不足が原因で切刃に欠
けやチッピングが発生し易く、比較的短時間で使用寿命
に至ることから、断続切削への適用は困難であるのが現
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、上記の従来表面被覆ＴｉＣＮ基
サーメット製切削工具に着目し、これの断続切削への適
用を可能にすべく研究を行なった結果、一般に、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ＴｉＣＮ基サーメット基体は、所定形状にプレス成形
された圧粉体を、圧力：０．００５〜０．１torrの真空
中、１４５０〜１４７０℃の温度に約１．５時間保持
後、窒素ガスの循環による強制冷却（この場合、液相が
存在する約１３００℃までの冷却速度は２０℃／min 以
上となる）にて室温まで冷却の焼結条件によって製造さ
れ、製造されたＴｉＣＮ基サーメット基体は全体に均一
な組織をもつが、上記の圧粉体の焼結条件を、圧力：
０．００５〜０．１torrの真空中、１４８０〜１５３０
℃の温度に約１．５時間保持後、１３００℃までを５〜
１５℃／min の冷却速度で冷却の相対的に高温にして徐
冷の条件とすると、基体表面にＣｏおよびＮｉを主体と
する結合相構成成分が基体内部から溶出してきて、基体
表面部には前記結合相構成成分からなる溶出合金層が形
成されるようになり、この溶出合金層は基体内部のＴｉ
ＣＮ基サーメットに比して著しく軟質であり、かつこの
溶出合金層の厚さは焼結時の焼結温度および冷却速度を
調整することにより制御できるものであり、この表面部
に溶出合金層が形成された基体の表面に、通常の化学蒸
着法または物理蒸着法を用い、基体表面部の溶出合金層
と接する第１層をＴｉＮ層からなる硬質被覆層として、
前記溶出合金層を構成するＣｏやＮｉを主体とする結合
相構成成分が硬質被覆層に拡散移動するのを防止した状
態で、上記の通常の硬質被覆層を形成すると、この結果
製造された表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具
は、上記基体表面部に形成された溶出合金層によってす
ぐれた靭性をもつようになり、したがって連続切削は勿
論のこと、断続切削に用いても切刃に欠けやチッピング
の発生なく、すぐれた切削性能を発揮するようになると
いう研究結果を得たのである。
上述のような観点から、上記の従来表面被覆ＴｉＣＮ基
サーメット製切削工具に着目し、これの断続切削への適
用を可能にすべく研究を行なった結果、一般に、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ＴｉＣＮ基サーメット基体は、所定形状にプレス成形
された圧粉体を、圧力：０．００５〜０．１torrの真空
中、１４５０〜１４７０℃の温度に約１．５時間保持
後、窒素ガスの循環による強制冷却（この場合、液相が
存在する約１３００℃までの冷却速度は２０℃／min 以
上となる）にて室温まで冷却の焼結条件によって製造さ
れ、製造されたＴｉＣＮ基サーメット基体は全体に均一
な組織をもつが、上記の圧粉体の焼結条件を、圧力：
０．００５〜０．１torrの真空中、１４８０〜１５３０
℃の温度に約１．５時間保持後、１３００℃までを５〜
１５℃／min の冷却速度で冷却の相対的に高温にして徐
冷の条件とすると、基体表面にＣｏおよびＮｉを主体と
する結合相構成成分が基体内部から溶出してきて、基体
表面部には前記結合相構成成分からなる溶出合金層が形
成されるようになり、この溶出合金層は基体内部のＴｉ
ＣＮ基サーメットに比して著しく軟質であり、かつこの
溶出合金層の厚さは焼結時の焼結温度および冷却速度を
調整することにより制御できるものであり、この表面部
に溶出合金層が形成された基体の表面に、通常の化学蒸
着法または物理蒸着法を用い、基体表面部の溶出合金層
と接する第１層をＴｉＮ層からなる硬質被覆層として、
前記溶出合金層を構成するＣｏやＮｉを主体とする結合
相構成成分が硬質被覆層に拡散移動するのを防止した状
態で、上記の通常の硬質被覆層を形成すると、この結果
製造された表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具
は、上記基体表面部に形成された溶出合金層によってす
ぐれた靭性をもつようになり、したがって連続切削は勿
論のこと、断続切削に用いても切刃に欠けやチッピング
の発生なく、すぐれた切削性能を発揮するようになると
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Ｎｉを主体とする結
合相形成成分を１２〜２０％含有し、かつ表面部に結合
相構成成分からなる溶出合金層を０．５〜１．５μｍの
平均層厚で形成してなるＴｉＣＮ基サーメット基体の表
面に、化学蒸着法または物理蒸着法を用いて、ＴｉＣ，
ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，およびＡｌ2 Ｏ3 のうちの２種以上
の複層からなる硬質被覆層を、上記基体表面部に形成さ
れた溶出合金層と接する第１層を前記溶出合金層を構成
する結合相構成成分の拡散防止作用を有する平均層厚：
０．５〜５μｍのＴｉＮ層とした状態で形成してなる、
すぐれた靭性を有する表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製
切削工具に特徴を有するものである。
なされたものであって、ＣｏおよびＮｉを主体とする結
合相形成成分を１２〜２０％含有し、かつ表面部に結合
相構成成分からなる溶出合金層を０．５〜１．５μｍの
平均層厚で形成してなるＴｉＣＮ基サーメット基体の表
面に、化学蒸着法または物理蒸着法を用いて、ＴｉＣ，
ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，およびＡｌ2 Ｏ3 のうちの２種以上
の複層からなる硬質被覆層を、上記基体表面部に形成さ
れた溶出合金層と接する第１層を前記溶出合金層を構成
する結合相構成成分の拡散防止作用を有する平均層厚：
０．５〜５μｍのＴｉＮ層とした状態で形成してなる、
すぐれた靭性を有する表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製
切削工具に特徴を有するものである。
【０００６】つぎに、この発明の切削工具において、上
記の通りに数値限定した理由を以下に説明する。
記の通りに数値限定した理由を以下に説明する。
【０００７】（ａ）基体の結合相形成成分の含有量 その含有量が１２％では、基体に所望の靭性が得られな
いほか、基体表面部の溶出合金層の形成が抑制されるよ
うになり、一方その含有量が２０％を越えると、基体の
耐摩耗性の低下が著しくなることから、その含有量を１
２〜２０％と定めた。
いほか、基体表面部の溶出合金層の形成が抑制されるよ
うになり、一方その含有量が２０％を越えると、基体の
耐摩耗性の低下が著しくなることから、その含有量を１
２〜２０％と定めた。
【０００８】（ｂ）基体表面部の溶出合金層の平均層厚 その平均層厚が０．５μｍ未満では、切削工具に所望の
すぐれた靭性を確保することができず、一方その平均層
厚が１．５μｍを越えると、切削時に塑性変形を起し、
切削不能に至る場合が生じるようになることから、その
平均層厚を０．５〜１．５μｍと定めた。
すぐれた靭性を確保することができず、一方その平均層
厚が１．５μｍを越えると、切削時に塑性変形を起し、
切削不能に至る場合が生じるようになることから、その
平均層厚を０．５〜１．５μｍと定めた。
【０００９】（ｃ）結合相構成成分拡散防止層の平均層
厚 その平均層厚が０．５μｍ未満では、拡散防止作用が不
十分となり、硬質被覆層中に結合相構成成分が拡散含有
するようになって硬質被覆層の耐摩耗性低下をもたら
し、一方その平均層厚が５μｍを越えると、これ以外の
他のより硬質の硬質被覆層（一般に硬質被覆層の平均層
厚は１〜１０μｍとするのが望ましいとされている）の
厚さが相対的に薄くなって、耐摩耗性低下の原因ともな
ることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
厚 その平均層厚が０．５μｍ未満では、拡散防止作用が不
十分となり、硬質被覆層中に結合相構成成分が拡散含有
するようになって硬質被覆層の耐摩耗性低下をもたら
し、一方その平均層厚が５μｍを越えると、これ以外の
他のより硬質の硬質被覆層（一般に硬質被覆層の平均層
厚は１〜１０μｍとするのが望ましいとされている）の
厚さが相対的に薄くなって、耐摩耗性低下の原因ともな
ることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
【００１０】
【実施例】ついで、この発明の切削工具を実施例により
具体的に説明する。
具体的に説明する。
【００１１】まず、原料粉末として、いずれも１〜２．
５μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＴｉＣ粉末、
ＴｉＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、Ｎ
ｂＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、およびＡ
ｌ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、以下いずれも通常の条件で、湿式混合
し、乾燥し、プレス成形して圧粉体とした後、この圧粉
体を、圧力：０．０１torrの真空中、温度：１５００℃
に１．５時間保持した後、１３００℃に至るまで５〜１
５℃／min の範囲内の所定の冷却速度で冷却の条件で焼
結することにより表面部に同じく表１に示される各種の
平均層厚を有する溶出合金層が形成され、かつＣＩＳ・
ＣＮＭＧ４３２の形状をもった本発明ＴｉＣＮ基サーメ
ット基体（以下、本発明基体という）Ａ〜Ｄをそれぞれ
製造した。
５μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＴｉＣ粉末、
ＴｉＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、Ｎ
ｂＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、およびＡ
ｌ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、以下いずれも通常の条件で、湿式混合
し、乾燥し、プレス成形して圧粉体とした後、この圧粉
体を、圧力：０．０１torrの真空中、温度：１５００℃
に１．５時間保持した後、１３００℃に至るまで５〜１
５℃／min の範囲内の所定の冷却速度で冷却の条件で焼
結することにより表面部に同じく表１に示される各種の
平均層厚を有する溶出合金層が形成され、かつＣＩＳ・
ＣＮＭＧ４３２の形状をもった本発明ＴｉＣＮ基サーメ
ット基体（以下、本発明基体という）Ａ〜Ｄをそれぞれ
製造した。
【００１２】また、比較の目的で、焼結条件を、圧力：
０．０１torrの真空中、温度：１４５０℃に１．５時間
保持後、１３００℃までを２５℃／min の冷却速度で冷
却の通常の条件とする以外は、同一の条件で同じく表１
に示される通りの従来ＴｉＣＮ基サーメット基体（以
下、従来基体という）ａ〜ｄをそれぞれ製造した。
０．０１torrの真空中、温度：１４５０℃に１．５時間
保持後、１３００℃までを２５℃／min の冷却速度で冷
却の通常の条件とする以外は、同一の条件で同じく表１
に示される通りの従来ＴｉＣＮ基サーメット基体（以
下、従来基体という）ａ〜ｄをそれぞれ製造した。
【００１３】
【表１】
【００１４】ついで、これらの各種基体の表面に、通常
の化学蒸着装置を用い、表２および表３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により本発
明表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具（以下、本
発明被覆切削工具という）１〜１０および従来表面被覆
ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具（以下、従来被覆切削
工具という）１〜１０をそれぞれ製造した。
の化学蒸着装置を用い、表２および表３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により本発
明表面被覆ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具（以下、本
発明被覆切削工具という）１〜１０および従来表面被覆
ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具（以下、従来被覆切削
工具という）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】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：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の丸
棒、切削速度：２００ｍ／min 、送り：０．３mm／re
v.、切込み：１．５mm、切削時間：１５分、の条件での
鋼の乾式連続切削試験、並びに、被削材：ＪＩＳ・ＳＣ
Ｍ４４０の４本縦溝入り丸棒、切削速度：２００ｍ／mi
n 、送り：０．３６mm／rev.、切込み：１mm、切削時
間：２分、の条件での鋼の乾式断続切削試験を行ない、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
これらの測定結果を表２、および表３にそれぞれ示し
た。
工具について、被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の丸
棒、切削速度：２００ｍ／min 、送り：０．３mm／re
v.、切込み：１．５mm、切削時間：１５分、の条件での
鋼の乾式連続切削試験、並びに、被削材：ＪＩＳ・ＳＣ
Ｍ４４０の４本縦溝入り丸棒、切削速度：２００ｍ／mi
n 、送り：０．３６mm／rev.、切込み：１mm、切削時
間：２分、の条件での鋼の乾式断続切削試験を行ない、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
これらの測定結果を表２、および表３にそれぞれ示し
た。
【００１８】
【発明の効果】表２および表３に示される結果から、本
発明被覆切削工具１〜１０は、連続切削では従来被覆切
削工具１〜１０と同等のすぐれた耐摩耗性を示し、一方
断続切削では、従来被覆切削工具１〜１０が靭性不足が
原因で、いずれも切刃にチッピングが発生し、相対的に
短時間で使用寿命に至るのに対して、本発明被覆切削工
具１〜１０は、いずれも基体表面部に形成された溶出合
金層によりもたらされるすぐれた靭性によって、すぐれ
た耐欠損性を示し、長期に亘っての使用が可能であるこ
とが明らかである。
発明被覆切削工具１〜１０は、連続切削では従来被覆切
削工具１〜１０と同等のすぐれた耐摩耗性を示し、一方
断続切削では、従来被覆切削工具１〜１０が靭性不足が
原因で、いずれも切刃にチッピングが発生し、相対的に
短時間で使用寿命に至るのに対して、本発明被覆切削工
具１〜１０は、いずれも基体表面部に形成された溶出合
金層によりもたらされるすぐれた靭性によって、すぐれ
た耐欠損性を示し、長期に亘っての使用が可能であるこ
とが明らかである。
【００１９】上述のように、この発明の表面被覆ＴｉＣ
Ｎ基サーメット製切削工具は、基体表面部に形成された
溶出合金層によってすぐれた靭性が確保され、かつ硬質
被覆層の形成時に前記溶出合金層を構成する結合相形成
成分が前記硬質被覆層に拡散移動するのが、同じく硬質
被覆層として形成したＴｉＮからなる拡散防止層によっ
て阻止されるので、前記硬質被覆層の耐摩耗性低下が防
止されることと合まって、連続切削は勿論のこと、靭性
が要求される断続切削でもすぐれた性能を長期に亘って
発揮するようになるなど工業上有用な特性を有するので
ある。
Ｎ基サーメット製切削工具は、基体表面部に形成された
溶出合金層によってすぐれた靭性が確保され、かつ硬質
被覆層の形成時に前記溶出合金層を構成する結合相形成
成分が前記硬質被覆層に拡散移動するのが、同じく硬質
被覆層として形成したＴｉＮからなる拡散防止層によっ
て阻止されるので、前記硬質被覆層の耐摩耗性低下が防
止されることと合まって、連続切削は勿論のこと、靭性
が要求される断続切削でもすぐれた性能を長期に亘って
発揮するようになるなど工業上有用な特性を有するので
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 則文 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテ リアル株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−197569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−278265（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 27/14
Claims (1)
- 【請求項１】 ＣｏおよびＮｉを主体とする結合相形成
成分を１２〜２０重量％含有する炭窒化チタン基サーメ
ット基体の表面に、化学蒸着法または物理蒸着法を用い
て、Ｔｉの炭化物、窒化物、および炭窒化物、並びに酸
化アルミニウムのうちの２種以上で構成された複層の硬
質被覆層を形成してなる表面被覆炭窒化チタン基サーメ
ット製切削工具において、上記基体の表面部を、０．５
〜１．５μｍの平均層厚を有し、かつ結合相構成成分か
らなる溶出合金層で構成すると共に、上記基体表面部の
溶出合金層に接する硬質被覆層を、０．５〜５μｍの平
均層厚を有する窒化チタンからなる結合相構成成分拡散
防止層で構成すること、を特徴とするすぐれた靭性を有
する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03078605A JP3099834B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | すぐれた靭性を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03078605A JP3099834B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | すぐれた靭性を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289003A JPH04289003A (ja) | 1992-10-14 |
| JP3099834B2 true JP3099834B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=13666521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03078605A Expired - Lifetime JP3099834B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | すぐれた靭性を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3099834B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0711459A (ja) * | 1993-06-22 | 1995-01-13 | Hitachi Tool Eng Ltd | 被覆サーメット合金 |
| SE514737C2 (sv) * | 1994-03-22 | 2001-04-09 | Sandvik Ab | Belagt skärverktyg av hårdmetall |
| JPH1015710A (ja) * | 1996-07-05 | 1998-01-20 | Hitachi Tool Eng Ltd | 表面被覆超硬製切削工具 |
| US7413591B2 (en) | 2002-12-24 | 2008-08-19 | Kyocera Corporation | Throw-away tip and cutting tool |
| JP6414800B2 (ja) | 2014-02-26 | 2018-10-31 | 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窒化チタン基サーメット製切削工具 |
| CN110484892B (zh) * | 2019-09-19 | 2021-04-27 | 中南大学 | 一种高切削寿命Al2O3基CVD涂层合金及其制备方法 |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP03078605A patent/JP3099834B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04289003A (ja) | 1992-10-14 |
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