JP3250414B2 - チタンの炭窒酸化物層表面被覆切削工具の製造方法 - Google Patents
チタンの炭窒酸化物層表面被覆切削工具の製造方法Info
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Description
サーメット基体(以下、基体という)の表面に、少なく
とも1層のチタンの炭窒酸化物層を含む化合物層からな
る硬質層または複合硬質層を化学蒸着法により形成する
表面被覆切削工具の製造方法に関するものであり、この
方法で作製された表面被覆切削工具は、従来よりも一段
と過酷な条件の鋼の高能率加工(高速加工、高送り加
工、フライス切削加工など)において優れた切削性能を
示すものである。
物層表面被覆切削工具は、基体の表面に、化学蒸着法に
より、チタンの炭窒酸化物からなる硬質層、またはチタ
ンの炭窒酸化物層を含みさらにチタンの炭化物、窒化
物、炭窒化物および炭酸化物並びに酸化アルミニウム層
のうちの1種もしくは2種以上の複層からなる複合硬質
層を形成することにより製造することはよく知られてい
るところである。
る硬質層を形成する化学蒸着法は、1000℃以上の高
温で行われるため、基体と被覆層の境界に脱炭層が形成
され、基体の強度は低下し、被覆層は基体から剥離しや
すい。したがって、従来の化学蒸着法により作製したチ
タンの炭窒酸化物硬質層を表面被覆した切削工具を用い
て鋼などを高速および高送り切削加工など過酷な条件下
での切削に用いた場合には、切刃の折損や被覆層の剥離
が生じ、十分な切削工具寿命が得られなかった。
1)、(200)、(220)面のピーク強度をI(1
11)、I(200)、I(220)とすると、最大ピ
ークを(220)面としたI(220)>I(111)
>I(200)であるようなチタンの炭窒酸化物からな
る硬質層を物理蒸着法により被覆することで強度低下を
防止し、付着力を向上させる方法も提案されている(特
公昭63−19590号公報参照)。
程の省力化および短縮化に対する要求は強く、これに伴
ない、より一段と苛酷な条件下での切削が行われるる傾
向にあり、かかる苛酷な条件下で切削を行うと、切削中
に刃先が短時間で欠損し、比較的短時間で使用寿命に至
るのが現状である。かかる現状に対して、前記物理蒸着
法により形成されたチタンの炭窒酸化物からなる硬質被
覆層は、基体の強度低下は少ないものの、付着力が依然
として低く、さらに耐摩耗性も従来の化学蒸着法による
ものと比べて低いため、鋼などの高能率切削加工(高速
切削加工、高送り切削加工、フライス切削加工)を行っ
た場合に、剥離や異常摩耗の発生により工具寿命を延ば
すことができなかった。
かる観点から、従来よりも一層工具寿命の長い表面被覆
切削工具の製造方法を開発すべく研究を行っていたとこ
ろ、基体を化学蒸着装置内に装入し、反応温度:700
〜1000℃に設定し、反応ガスとして、TiCl4 :
0.5〜10容量%、CH3 CN:0.01〜5.0容
量%、N2 :0〜50容量%、CO:0.01〜5.0
容量%、残りH2 からなる混合ガスを使用すると、X線
回折によるピーク強度が従来と同じくI(220)>I
(111)>I(200)のごとく配向するチタンの炭
窒酸化物層であっても、従来よりも一層優れたチタンの
炭窒酸化物層が得られ、このチタンの炭窒酸化物層被覆
切削工具は従来のチタンの炭窒酸化物層被覆切削工具に
比べて、工具寿命が大幅に向上するという研究結果が得
られたのである。
なされたものであって、(1)基体を化学蒸着装置内に
装入し、反応温度を700〜1000℃に設定し、反応
ガスとして、TiCl4 :0.5〜10容量%、CH3
CN:0.01〜5.0容量%、N2 :0〜50容量
%、CO:0.01〜5.0容量%、残りH2 からなる
混合ガスを使用するX線回折によるピーク強度がI(2
20)>I(111)>I(200)であるチタンの炭
窒酸化物層被覆切削工具の製造方法、に特徴を有するも
のである。
反応温度:700〜1000℃に設定し、反応ガスとし
て、TiCl4 :0.5〜10容量%、CH3 CN:
0.01〜5.0容量%、N2 :0〜50容量%、C
O:0.01〜5.0容量%、残りH2 からなる混合ガ
スをを使用し、反応開始初期の温度を低くし、その後に
昇温させて反応させると、X線回折によるピーク強度が
I(220)>I(111)>I(200)でかつI
(220)/I(200)>2.0であるようなチタン
の炭窒酸化物層が被覆された切削工具が一層簡単に得ら
れ、この切削工具は従来のチタンの炭窒酸化物層が被覆
された切削工具に比べて、工具寿命がなお一層大幅に向
上するという研究結果が得られたのである。
されたものであって、(2)基体を化学蒸着装置内に装
入し、反応温度:700〜1000℃に設定し、反応ガ
スとして、TiCl4 :0.5〜10容量%、CH3 C
N:0.01〜5.0容量%、N2 :0〜50容量%、
CO:0.01〜5.0容量%、残りH2 からなる混合
ガスを使用し、反応開始初期の温度を低くし、その後に
昇温させて反応させる、X線回折によるピーク強度がI
(220)>I(111)>I(200)でかつI(2
20)/I(200)>2.0であるチタンの炭窒酸化
物層被覆切削工具の製造方法にも特徴を有するものであ
る。
工具の製造方法において、反応ガスとしてCO:0.0
1〜5.0容量%を含む反応ガスを使用することに特徴
があり、前記チタンの炭窒酸化物層のX線回折による第
1ピークと第3ピークの強度比I(220)/I(20
0)が1.5以上であるようにするためには反応開始初
期の温度を低くし、その後に昇温させて反応させること
が効果的である。さらに、前記チタンの炭窒酸化物層を
Ti(Cu Nv Ow )(ただし、u、v、oは、C、
N、Oの原子比)で示すと、これらはu+v+w=1、
u≧v>w>0、0.05≧wなる条件を満たすことが
一層好ましく、かかる組成にするためにはCH3 CN、
N2 、COの混合量を調整することで制御することがで
きる。
(220)>I(111)>I(200)であるチタン
の炭窒酸化物層を形成するために、化学蒸着装置内の反
応温度を700〜1000℃に設定する。その理由は、
反応温度が700℃未満では蒸着速度が極端に遅く生産
性が低くなるので好ましくなく、一方、1000℃を越
えるとチタンの炭窒酸化物層の結晶が粒成長し、耐摩耗
性及び耐欠損性が共に低下するので好ましくないことに
よるものである。反応温度の一層好ましい範囲は、85
0〜950℃である。
0.5〜10容量%(一層好ましくは、1.0〜5.0
容量%)、CH3 CN:0.01〜5.0容量%(一層
好ましくは、0.1〜2.0容量%)、N2 :0〜50
容量%(一層好ましくは、10〜40容量%)、CO:
0.01〜5.0容量%(一層好ましくは、0.05〜
1.0容量%)、残りH2 からなる混合ガスを使用して
反応させることが好ましい。
よる第1ピークと第3ピークの強度比I(220)/I
(200)が2.0以上であるようにするには前記Ti
Cl4 :0.5〜10容量%、CH3 CN:0.01〜
5.0容量%、N2 :0〜50容量%、CO:0.01
〜5.0容量%、残りH2 からなる混合ガスを使用し、
反応開始初期の温度を低くし、その後に昇温させて反応
させることが効果的であり、さらに、Ti(Cu Nv O
w )(ただし、u、v、oは、C、N、Oの原子比)に
おけるu+v+w=1、u≧v>w>0、0.05≧w
なる条件を満たす炭窒酸化物層を形成するには、前記T
iCl4 :0.5〜10容量%、CH3CN:0.01
〜5.0容量%、N2 :0〜50容量%、CO:0.0
1〜5.0容量%、残りH2 からなる混合ガスのCH3
CN、N2 、COのガス成分比を調整することによりこ
とにより形成することができる。
末、同じく平均粒径:1.5μmを有する細粒WC粉
末、同じく平均粒径:1.5μmを有する(Ti、W)
C(重量比でTiC/WC=30/70)粉末、同じく
平均粒径:1.2μmを有する(Ti、W)(CN)
(重量比でTiC/TiN/WC=24/20/56)
粉末、同じく平均粒径:1.3μmを有する(Ta、N
b)C(重量比でTaC/Nb=90/10)粉末、同
じく平均粒径:1.2μmを有するCo粉末を用意し、
これら原料粉末を表1に示される組成に配合し、ボール
ミルで72時間湿式混合し、乾燥したのち、ISO規格
CNMG120408(超硬合金基体A〜C)および同
じくSEEN12048(超硬合金基体D)に定める形
状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を表1に示され
る条件にて焼結して超硬合金基体A〜Dを作製した。
にホーニングを施したのち、化学蒸着装置を用い、表2
に示されるコーティング条件a〜iにてTiCNO層を
形成し、その他の硬質層は下記の条件で形成することに
より表3〜表4に示される組成および平均層厚のコーテ
ィング層を有する本発明被覆切削工具の製造法(以下、
本発明法という)1〜10、比較被覆切削工具の製造法
(以下、比較法という)1〜2および従来被覆切削工具
の製造法(以下、従来法という)1〜2を実施した。た
だし、TiCNO層以外の硬質層の形成条件(ただし、
%は容量%)は下記の通りである。
20%N2 −H2 反応温度:850℃ 反応圧力:50Torr
−H2 反応温度:1020℃ 反応圧力:50Torr
H2 S−H2 反応温度:1000℃ 反応圧力:50Torr
により得られた切削工具を用い、 被削材 :SCM440(硬さ:HB220)の丸棒 切削速度:300m/min 送り:0.32mm/rev 切込み :1.5mm 切削時間:10min 切削油 :なし の条件の高速連続切削試験(外径旋削)を行い、摩耗量
を測定し、さらに摩耗形態を調べ、その結果を表5に示
した。
従来法1により得られた切削工具を用い、 被削材 :SCM440(硬さ:HB220)の丸棒 切削速度:180m/min 送り:0.45mm/rev 切込み :1.5mm 切削時間:10min 切削油 :なし の条件の高送り連続切削試験を行い、摩耗量を測定し、
さらに摩耗形態を調べ、その結果を表5に示した。
び従来法2により得られた切削工具を用い、 被削材 :FC300(硬さ:HB200)の角材 切削速度:320m/min 1刃当りの送り:0.34mm/刃 切込み :2.0mm 切削時間:10min 切削油 :水溶性 の条件の高速フライス切削試験を行い、摩耗量を測定
し、さらに摩耗形態を調べ、その結果を表5に示した。
法1〜10により得られた切削工具は、比較法1〜2お
よび従来法1〜2により得られた切削工具に比べて、い
ずれも正常摩耗が維持され、切削工具の寿命が大幅に向
上していることが分かる。したがって、この発明のチタ
ンの炭窒酸化物層表面被覆切削工具の製造方法は、従来
のチタンの炭窒酸化物層表面被覆切削工具の製造方法に
比べて寿命の長い表面被覆切削工具を提供することがで
き、切削工具交換回数などを減らしてコストを下げるこ
とができるなど、産業の発展に大いに貢献しうるもので
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 基体を化学蒸着装置内に装入し、反応温
度:700〜1000℃に設定し、反応ガスとして、T
iCl4 :0.5〜10容量%、CH3 CN:0.01
〜5.0容量%、N2 :0〜50容量%、CO:0.0
1〜5.0容量%、残りH2 からなる混合ガスを使用す
ることを特徴とするX線回折による(111)、(20
0)、(220)面のピーク強度I(111)、I(2
00)、I(220)がI(220)>I(111)>
I(200)であるチタンの炭窒酸化物層表面被覆切削
工具の製造方法。 - 【請求項2】 基体を化学蒸着装置内に装入し、反応温
度:700〜1000℃に設定し、反応ガスとして、T
iCl4 :0.5〜10容量%、CH3 CN:0.01
〜5.0容量%、N2 :0〜50容量%、CO:0.0
1〜5.0容量%、残りH2 からなる混合ガスを使用
し、反応開始初期の温度を低くし、その後に昇温させて
反応させることを特徴とするX線回折による(11
1)、(200)、(220)面のピーク強度I(11
1)、I(200)、I(220)がI(220)>I
(111)>I(200)でかつI(220)/I(2
00)>2.0であるチタンの炭窒酸化物層表面被覆切
削工具の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JPH08269719A JPH08269719A (ja) | 1996-10-15 |
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JP09608295A Expired - Fee Related JP3250414B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | チタンの炭窒酸化物層表面被覆切削工具の製造方法 |
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1995
- 1995-03-29 JP JP09608295A patent/JP3250414B2/ja not_active Expired - Fee Related
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