JP3397063B2 - 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Description
ピング性を有し、したがって例えば鋼の断続切削を高速
で行っても切刃にチッピング(微小欠け)の発生がな
く、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮する表面被覆
超硬合金製切削工具(以下、被覆超硬合金工具と云う)
に関するものである。
で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプレ
ーティング装置を用い、ヒータで装置内を例えば700
℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を
有するTi−Al合金がセットされたカソード電極(蒸
発源)との間にアーク放電を発生させ、同時に装置内に
反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガス
を導入し、一方炭化タングステン(以下、WCで示す)
基超硬合金または炭窒化チタン(以下、TiCNで示
す)系サーメットからなる基体(以下、これらを総称し
て超硬合金基体と云う)には、例えば−120Vのバイ
アス電圧を印加した条件で、前記超硬合金基体の表面
に、例えば特開昭62−56565号公報に記載される
ように、TiとAlの複合窒化物[以下、(Ti,A
l)Nで示す]および複合炭窒化物[以下、(Ti,A
l)CNで示す]のうちのいずれか、あるいは両方で構
成された単層または複層の硬質被覆層を2〜20μmの
平均層厚で蒸着することにより被覆超硬合金工具を製造
することが知られている。
の高性能化および高出力化はめざましく、かつ切削加工
の省力化および省エネ化に対する要求もつよく、これに
伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被
覆超硬合金工具の場合、通常の切削条件での連続切削や
断続切削ではすぐれた耐摩耗性を示すものの、特に鋼な
どの断続切削を高速で行った場合には硬質被覆層を構成
する(Ti,Al)Nおよび(Ti,Al)CNの靭性
不足が原因で切刃にチッピングが発生し易く、この結果
比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬合金工具の
硬質被覆層を構成する(Ti,Al)Nおよび(Ti,
Al)CNに着目し、これの靭性向上を図るべく研究を
行った結果、これにSnを含有させて、 組成式:(Tia Alb Snc )N、 および組成式:(Tia Alb Snc )Cd N1-d 、 (ただし、原子比で、a:0.2〜0.6、b:0.1
〜0.79、c:0.01〜0.3、a+b+c=1、
d:0.01〜0.5)、で表されるTiとAlとSn
の複合窒化物[以下、(Ti,Al,Sn)Nで示す]
および複合炭窒化物[以下、(Ti,Al,Sn)CN
で示す]のうちのいずれか、あるいは両方で硬質被覆層
を構成すると、この結果の被覆超硬合金工具は、前記
(Ti,Al,Sn)Nおよび(Ti,Al,Sn)C
Nがすぐれた耐摩耗性を保持した状態で、すぐれた靭性
をもつようになることから、例えば鋼の連続切削は勿論
のこと、これの断続切削を高速で行っても切刃にチッピ
ングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮
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、超硬合金基体の表面に、2〜20
μmの平均層厚で蒸着される単層または複層の硬質被覆
層を、 組成式:(Tia Alb Snc )N、 および組成式:(Tia Alb Snc )Cd N1-d 、 (ただし、原子比で、a:0.2〜0.6、b:0.1
〜0.79、c:0.01〜0.3、a+b+c=1、
d:0.01〜0.5)、で表される(Ti,Al,S
n)Nおよび(Ti,Al,Sn)CNのうちのいずれ
か、あるいは両方で構成してなる、耐チッピング性のす
ぐれた被覆超硬合金工具に特徴を有するものである。な
お、この発明の被覆超硬合金工具において、これの使用
前および使用後の識別を容易にするために、黄金色を有
する窒化チタン(以下、TiNで示す)層を0.1〜1
μmの平均層で上記硬質被覆層の表面に蒸着するとよ
い。
質被覆層を構成する(Ti,Al,Sn)Nおよび(T
i,Al,Sn)CNの組成比(原子比)を上記の通り
に限定した理由を説明する。すなわち、上記(Ti,A
l,Sn)Nおよび(Ti,Al,Sn)CNにおい
て、構成成分であるTiとAlは共存した状態で耐摩耗
性の向上に寄与する作用をもつが、TiおよびAlのい
ずれかでもTi:0.2未満およびAl:0.1未満に
なると所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができ
ず、一方同じくTiおよびAlのいずれかでも、その割
合がTi:0.6およびAl:0.79を越えると靭性
が低下し、切刃にチッピングが発生し易くなることか
ら、その割合をTi:0.2〜0.6、望ましくは0.
3〜0.5、Al:0.1〜0.79、望ましくは0.
3〜0.7と定めた。また、同じく構成成分であるSn
は、靭性を向上させ、もって切刃にチッピングが発生す
るのを防止する作用をもつが、その割合が0.01未満
では所望の靭性向上効果が得られず、一方その割合が
0.3を越えると層自体の硬さが急激に低下し、Tiお
よびAlによってもたらされるすぐれた耐摩耗性を確保
することができなくなることから、その割合を0.01
〜0.3、望ましくは0.05〜0.2と定めた。さら
に、(Ti,Al,Sn)CNにおけるC成分には、硬
さを向上させる作用があるので、(Ti,Al,Sn)
CNは上記(Ti,Al,Sn)Nに比して相対的に高
い硬さをもつが、この場合C成分の割合が0.01未満
では所定の硬さ向上効果が得られず、一方その割合が
0.5を越えると靭性が急激に低下するようになること
から、C成分の割合を0.01〜0.5、望ましくは
0.1〜0.45と定めた。なお、上記硬質被覆層の平
均層厚を2〜20μmとしたのは、その層厚が2μm未
満では所望の耐摩耗性を確保することができず、一方そ
の層厚が20μmを越えると切刃にチッピングが発生し
易くなるという理由からであり、また上記硬質被覆層の
表面に蒸着されるTiNの平均層厚を0.1〜1μmと
したのは、その層厚が0.1μm未満では黄金色の明確
な付与ができず、一方所望の黄金色は1μmまでの層厚
で十分であるという理由によるものである。
工具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1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末、
TiC粉末、TaC粉末、NbC粉末、ZrC粉末、お
よびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、重量%でW
C:84%、TiC:2%、TaC:4%、NbC:1
%、ZrC:3%、およびCo:6%の配合組成に配合
し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、
1.5ton/cm2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、
この圧粉体を真空中、温度:1420℃に1時間保持の
条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:0.06のホー
ニング加工を施してISO規格・SPMN120408
のチップ形状をもったWC基超硬合金製の超硬合金基体
Aを形成した。また、原料粉末として、いずれも0.5
〜2μmの平均粒径を有するTiCN(重量比でTiC
/TiN=50/50)粉末、WC粉末、TaC粉末、
NbC粉末、ZrC粉末、Mo粉末、Co粉末、Ni粉
末、およびC粉末を用意し、これら原料粉末を、重量%
でTiCN:72%、WC:4%、TaC:8%、Nb
C:0.5%、ZrC:1%、Mo:6%、Co:4.
5%、Ni:3%、およびC:1%の配合組成に配合
し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、1
ton/cm2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧
粉体を10torrの窒素雰囲気中、温度:1550℃
に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:
0.04のホーニング加工を施してISO規格・CNM
G120408のチップ形状をもったTiCN系サーメ
ット製の超硬合金基体Bを形成した。
れぞれ図1に示されるアークイオンプレーティング装置
に装入し、一方カソード電極(蒸発源)として種々の成
分組成をもったTi−Al−Sn合金、Ti−Al合
金、および金属Tiを装着し、装置内を排気して1×1
0-5torrの真空に保持しながら、ヒーターで装置内
を400℃に加熱した状態で、超硬合金基体に−80v
のバイアス電圧を印加し、ついで装置内に反応ガスとし
て窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入しなが
ら、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放
電を発生させ、もって前記超硬合金基体A、Bのそれぞ
れの表面に、表1〜4に示される組成および平均層厚を
もった硬質被覆層を形成することにより本発明被覆超硬
合金工具1〜18および従来被覆超硬合金工具1〜4を
それぞれ製造した。
のうち、本発明被覆超硬合金工具1〜9および従来被覆
超硬合金工具1、2については、 被削材:JIS・SNCM431の長さ方向等間隔4本
縦溝入り丸棒、 切削速度:240m/min、 送り:0.2mm/rev、 切り込み:1.5mm、 切削時間:10分、 の条件で合金鋼の乾式高速断続切削試験を行ない、また
本発明被覆超硬合金工具10〜18および従来被覆超硬
合金工具3、4については、 被削材:JIS・SCr415Hの長さ方向等間隔3本
縦溝入り丸棒、 切削速度:350m/min、 送り:0.2mm/rev、 切り込み:1mm、 切削時間:10分、 の条件で合金鋼の乾式高速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、4に示した。
覆超硬合金工具1〜18は、いずれも鋼の高速断続切削
ですぐれた耐摩耗性を示し、かつ切刃の摩耗状況も正常
であるのに対して、従来被覆超硬合金工具1〜4は、硬
質被覆層の靭性不足が原因で鋼の高速断続切削では、い
ずれも切刃にチッピングが発生し、比較的短時間で使用
寿命に至ることが明らかである。上述のように、この発
明の被覆超硬合金工具は、これの硬質被覆層を構成する
上記(Ti,Al,Sn)Nおよび(Ti,Al,S
n)CNがすぐれた靭性と高硬度を有するので、例えば
鋼の高速連続切削は勿論のこと、より一段と苛酷な条件
での切削加工となる鋼の高速断続切削でも切刃にチッピ
ングの発生なく、著しく長期に亘ってすぐれた耐摩耗性
を発揮するのである。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体または
炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、2〜20μm
の平均層厚で蒸着される単層または複層の硬質被覆層
を、 組成式:(Tia Alb Snc )N、 および組成式:(Tia Alb Snc )Cd N1-d 、 (ただし、原子比で、a:0.2〜0.6、b:0.1
〜0.79、c:0.01〜0.3、a+b+c=1、
d:0.01〜0.5)、で表されるTiとAlとSn
の複合窒化物および複合炭窒化物のうちのいずれか、あ
るいは両方で構成したことを特徴とする耐チッピング性
のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。 - 【請求項2】 炭化タングステン基超硬合金基体または
炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、2〜20μm
の平均層厚で蒸着される単層または複層の硬質被覆層
を、 組成式:(Tia Alb Snc )N、 および組成式:(Tia Alb Snc )Cd N1-d 、 (ただし、原子比で、a:0.2〜0.6、b:0.1
〜0.79、c:0.01〜0.3、a+b+c=1、
d:0.01〜0.5)、で表されるTiとAlとSn
の複合窒化物および複合炭窒化物のうちのいずれか、あ
るいは両方で構成し、 さらに、上記硬質被覆層の上に、0.1〜1μmの平均
層厚で窒化チタン層を形成したことを特徴とする耐チッ
ピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33698896A JP3397063B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP33698896A JP3397063B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
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JPH10176259A JPH10176259A (ja) | 1998-06-30 |
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Family Applications (1)
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1996
- 1996-12-17 JP JP33698896A patent/JP3397063B2/ja not_active Expired - Fee Related
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