JP3433686B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層を構
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮで示す）が一段とすぐれた耐チッピング性を有
し、特に鋼や鋳鉄などの断続切削を高速で、かつ高切り
込みや高送りなどの重切削条件で行った場合にも、切刃
にチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた切
削性能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、被覆超硬工具という）に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、一般に、炭化タングステン基超硬
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、 （ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結
晶組織を有する、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示す）
層、窒化チタン（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒
化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層、酸化チタン（以
下、Ｔｉ2 Ｏ3 で示す）層、炭酸化チタン（以下、Ｔｉ
ＣＯで示す）層、窒酸化チタン（以下、ＴｉＮＯで示
す）層、および炭窒酸化チタン（以下、ＴｉＣＮＯで示
す）層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層、 （ｂ）２〜１５μｍの平均層厚のｌ−ＴｉＣＮ層、 （ｃ）０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織を
有する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）
層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を３〜
２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着してなる被覆超硬工
具が知られており、またこの被覆超硬工具が鋼や鋳鉄な
どの連続切削や断続切削に用いられることも知られてい
る。また、一般に上記の被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2 Ｏ3 層として、α型結晶構造をもつものや
κ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供されること
も良く知られており、さらに上記ｌ−ＴｉＣＮ層は、例
えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−３２８８０
８号公報などにより公知であり、通常の化学蒸着装置に
て、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用
し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着すること
により形成されるものである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
に対する省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴
い、切削加工は高速化し、かつ高切り込みや高送りなど
の重切削化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具に
おいては、これの硬質被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層
が相対的に良好な靭性を具備することから、これによっ
て硬質被覆層も良好な靭性をもつようになり、高速切削
では切刃にチッピングなどの発生なく、すぐれた切削性
能を発揮するものであるが、切削条件が一段と苛酷にな
る、断続切削を高速で、かつ高切り込みや高送りなどの
重切削条件で行った場合には、未だ十分な靭性を具備す
るものでないために、切刃にチッピングが発生するのが
避けられず、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、上記の従来被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層に着目し、これの靭性
の一層の向上を図るべく研究を行った結果、ｌ−ＴｉＣ
Ｎ層の蒸着形成に際して、反応ガス中の構成成分である
ＣＨ 3 ＣＮ、またはＣＨ 3 ＣＮとＣＨ 4 の含有割合を経
時的に無段階あるいは段階的に変化させることにより、
ｌ−ＴｉＣＮ層に、これの下面部から上面部に向かって
層厚にそってＣ成分が低く、Ｎ成分が高くなる濃度勾配
を付与し、この濃度勾配を、上記上面部および下面部を
組成式：ＴｉＣ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、 上記上面部は、ｘ：０．６５〜０．９５、 上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．３５、 を満足（この場合ＣおよびＮの下面部から上面部への濃
度変化は無段階変化あるいは段階的変化となる）するよ
うにすると、この結果のｌ−ＴｉＣＮ層（以下、濃度勾
配ｌ−ＴｉＣＮ層と云う）は、下面部から上面部までＣ
およびＮに濃度変化のない一様な従来ｌ−ＴｉＣＮ層に
比して、一段とすぐれた靭性を具備するようになり、し
たがって前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が硬質被覆層を構
成する被覆超硬工具は、前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層に
よって前記硬質被覆層自体が一段とすぐれた靭性を有す
るようになることから、断続切削を高速で、かつ重切削
で行うという、きわめて苛酷な切削条件でも切刃にチッ
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、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、 （ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結
晶組織を有する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ｔ
ｉ2 Ｏ3 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮ
Ｏ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層、 （ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、反応ガスの構成
成分であるＣＨ 3 ＣＮ、またはＣＨ 3 ＣＮとＣＨ 4 の含
有割合を経時的に無段階あるいは段階的に変化させる条
件で蒸着形成され、上面部および下面部を組成式：Ｔｉ
Ｃ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、 上記上面部は、ｘ：０．６５〜０．９５、 上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．３５、 を満足するＣおよびＮの層厚方向濃度勾配を有し、かつ
前記ＣおよびＮの濃度が無段階変化または段階変化する
濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層、 （ｃ）０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織を
有するＡｌ2 Ｏ3 層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成された
硬質被覆層を３〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着し
てなる、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮す
る被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【０００６】なお、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成する濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層の組成式：ＴｉＣ
1-x Ｎx において、上記上面部のｘ値を０．６５〜０．
９５、望ましくは０．７０〜０．８５、下面部のｘ値を
０．０５〜０．３５、望ましくは０．１５〜０．３０と
したのは、上面部のｘ値が０．６５未満になったり、下
面部のｘ値が０．３５を越えたりすると、層厚方向のＣ
およびＮの濃度勾配が小さくなって一段の靭性向上効果
が得られず、この結果硬質被覆層に所望のすぐれた耐チ
ッピング性を確保することができず、一方上面部のｘ値
が０．９５を越えたり、下面部のｘ値が０．０５未満に
なったりすると、反対にＣおよびＮの濃度勾配が大きく
なり過ぎて、縦長成長結晶組織を確保するのが困難にな
り、靭性の著しい低下が避けられず、この結果チッピン
グが発生し易くなるという理由に基ずくものである。 【０００７】同じく硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層
のそれぞれには、構成層相互間の層間密着性を向上させ
る作用があり、したがってその平均層厚が０．１μｍ未
満では、所望のすぐれた層間密着性を確保することがで
きず、一方その平均層厚が５μｍを越えると硬質被覆層
の摩耗進行が促進されるようになることから、その平均
層厚を０．１〜５μｍと定めた。同じくＡｌ2 Ｏ3 層に
は、硬質被覆層の耐摩耗性を向上させる作用があるが、
その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望のすぐれた耐
摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が８
μｍを越えると切刃にチッピングが発生し易くなること
から、その平均層厚を０．５〜８μｍと定めた。さらに
同じく濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層には、上記の通り硬質被
覆層の耐チッピング性を一段と向上させる作用がある
が、その平均層厚が２μｍ未満では、耐チッピング性に
所望の向上効果が得られず、一方その平均層厚が１５μ
ｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するようになること
から、その平均層厚を２〜１５μｍと定めた。また、硬
質被覆層の全体平均層厚を３〜２５μｍとしたのは、そ
の平均層厚が３μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保す
ることができず、一方その平均層厚が２５μｍを越える
と、切刃に欠けやチッピングが発生し易くなるという理
由からである。 【０００８】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
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：１．５μｍ有するＷＣ粉末、同１．２μｍの
（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／Ｔｉ
Ｎ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、同１．３μｍの
（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉
末、同１μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末、同１．２μｍのＶＣ粉
末、および同１．２μｍのＣｏ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、この混合粉末をＩ
ＳＯ規格ＳＮＭＧ１２０４０８に則した形状の圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を１０-3ｔｏｒｒの真空雰囲
気中、１４００〜１４６０℃の範囲内の所定の温度に１
時間保持の条件で真空焼結することにより超硬基体Ａ〜
Ｆをそれぞれ製造した。 【０００９】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｆの表面
に、ホーニング加工を施した状態で、通常の化学蒸着装
置を用い、表２、３（表２に示される硬質被覆層の構成
層は、いずれも層の下面部から上面部まで構成成分に濃
度変化のない一様な組成をもつものであり、またｌ−Ｔ
ｉＣＮ層以外はいずれも粒状結晶組織を有するものであ
る）に示される条件にて、表４、５に示される組成およ
び目標層厚（切刃の逃げ面）の硬質被覆層を形成するこ
とにより本発明被覆超硬工具１〜１０および従来被覆超
硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。なお、表４におけ
る、例えば「ｌ−ＴｉＣＮ（ア）［５段階］ｌ−ＴｉＣ
Ｎ（４．３）」は、表３の「下面部・ｌ−ＴｉＣＮ
（ア）（ｘ：０．０５）」の反応ガス組成から「上面部
・ｌ−ＴｉＣＮ（ｘ：０．７５）」の反応ガス組成ま
で反応ガス中のＣＨ3 ＣＮ、またはＣＨ3 ＣＮとＣＨ4
の含有割合を経時的に５段階変化させて４．３μｍの目
標層厚で濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層を形成した場合を示す
ものであり、同じく「ｌ−ＴｉＣＮ（イ）［連続］ｌ−
ＴｉＣＮ（３．８）」は、「下面部・ｌ−ＴｉＣＮ
（イ）（ｘ：０．１０）」の反応ガス組成から「上面部
・ｌ−ＴｉＣＮ（ｘ：０．６５）」の反応ガス組成ま
で反応ガス中のＣＨ3 ＣＮ、またはＣＨ3 ＣＮとＣＨ4
の含有割合を経時的に無段階で変化させて３．８μｍの
目標層厚で濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層を形成した場合を示
すものである。この結果得られた本発明被覆超硬工具１
〜１０の硬質被覆層を構成す濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層の
上面部および下面部のｘ値について、それぞれの表面か
ら０．２μｍ内側をオージェ分光分析器を用いて測定し
たところ、表３に示される目標値に相当する値を示し
た。また、硬質被覆層を構成する構成層もそれぞれ目標
層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。 【００１０】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１０
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：５．０ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の乾式高速高切り込み断続切削試験、
並びに、 被削材：ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速高送り断続切削試験行い、
いずれの切削試験でも切刃の最大逃げ面摩耗幅を測定し
た。この測定結果を表６に示した。 【００１１】 【表１】 【００１２】 【表２】 【００１３】 【表３】【００１４】 【表４】 【００１５】 【表５】【００１６】 【表６】【００１７】 【発明の効果】表４〜６に示される結果から、硬質被覆
層中に濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が存在する本発明被覆超
硬工具１〜１０は、いずれも前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ
層によって硬質被覆層がすぐれた靭性を具備するように
なることから、鋼の断続切削を高速で、しかも高切り込
みおよび高送りの重切削条件で行うというきわめて苛酷
な切削条件下でも切刃にチッピングの発生なく、すぐれ
た切削性能を発揮するのに対して、硬質被覆層を構成す
るｌ−ＴｉＣＮ層のＣおよびＮに濃度勾配のない従来被
覆超硬工具１〜１０においては、上記の苛酷な切削条件
では硬質被覆層の靭性不足が原因で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工具は、これ
を構成する硬質被覆層がすぐた耐チッピング性を有する
ので、例えば鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や
断続切削は勿論のこと、特にこ断続切削を高速で、かつ
重切削条件下で行うというきわめて苛酷な条件での切削
でも、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するもので
あるから、切削加工の省力化および省エネ化に十分満足
に対応できるものである。
成する縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層（以下、ｌ−
ＴｉＣＮで示す）が一段とすぐれた耐チッピング性を有
し、特に鋼や鋳鉄などの断続切削を高速で、かつ高切り
込みや高送りなどの重切削条件で行った場合にも、切刃
にチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた切
削性能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、被覆超硬工具という）に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、一般に、炭化タングステン基超硬
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、 （ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結
晶組織を有する、炭化チタン（以下、ＴｉＣで示す）
層、窒化チタン（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒
化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）層、酸化チタン（以
下、Ｔｉ2 Ｏ3 で示す）層、炭酸化チタン（以下、Ｔｉ
ＣＯで示す）層、窒酸化チタン（以下、ＴｉＮＯで示
す）層、および炭窒酸化チタン（以下、ＴｉＣＮＯで示
す）層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層、 （ｂ）２〜１５μｍの平均層厚のｌ−ＴｉＣＮ層、 （ｃ）０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織を
有する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）
層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を３〜
２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着してなる被覆超硬工
具が知られており、またこの被覆超硬工具が鋼や鋳鉄な
どの連続切削や断続切削に用いられることも知られてい
る。また、一般に上記の被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するＡｌ2 Ｏ3 層として、α型結晶構造をもつものや
κ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供されること
も良く知られており、さらに上記ｌ−ＴｉＣＮ層は、例
えば特開平６−８０１０号公報や特開平７−３２８８０
８号公報などにより公知であり、通常の化学蒸着装置に
て、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用
し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着すること
により形成されるものである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
に対する省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴
い、切削加工は高速化し、かつ高切り込みや高送りなど
の重切削化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具に
おいては、これの硬質被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層
が相対的に良好な靭性を具備することから、これによっ
て硬質被覆層も良好な靭性をもつようになり、高速切削
では切刃にチッピングなどの発生なく、すぐれた切削性
能を発揮するものであるが、切削条件が一段と苛酷にな
る、断続切削を高速で、かつ高切り込みや高送りなどの
重切削条件で行った場合には、未だ十分な靭性を具備す
るものでないために、切刃にチッピングが発生するのが
避けられず、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、上記の従来被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成するｌ−ＴｉＣＮ層に着目し、これの靭性
の一層の向上を図るべく研究を行った結果、ｌ−ＴｉＣ
Ｎ層の蒸着形成に際して、反応ガス中の構成成分である
ＣＨ 3 ＣＮ、またはＣＨ 3 ＣＮとＣＨ 4 の含有割合を経
時的に無段階あるいは段階的に変化させることにより、
ｌ−ＴｉＣＮ層に、これの下面部から上面部に向かって
層厚にそってＣ成分が低く、Ｎ成分が高くなる濃度勾配
を付与し、この濃度勾配を、上記上面部および下面部を
組成式：ＴｉＣ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、 上記上面部は、ｘ：０．６５〜０．９５、 上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．３５、 を満足（この場合ＣおよびＮの下面部から上面部への濃
度変化は無段階変化あるいは段階的変化となる）するよ
うにすると、この結果のｌ−ＴｉＣＮ層（以下、濃度勾
配ｌ−ＴｉＣＮ層と云う）は、下面部から上面部までＣ
およびＮに濃度変化のない一様な従来ｌ−ＴｉＣＮ層に
比して、一段とすぐれた靭性を具備するようになり、し
たがって前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が硬質被覆層を構
成する被覆超硬工具は、前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層に
よって前記硬質被覆層自体が一段とすぐれた靭性を有す
るようになることから、断続切削を高速で、かつ重切削
で行うという、きわめて苛酷な切削条件でも切刃にチッ
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、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、 （ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結
晶組織を有する、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ｔ
ｉ2 Ｏ3 層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮ
Ｏ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層、 （ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、反応ガスの構成
成分であるＣＨ 3 ＣＮ、またはＣＨ 3 ＣＮとＣＨ 4 の含
有割合を経時的に無段階あるいは段階的に変化させる条
件で蒸着形成され、上面部および下面部を組成式：Ｔｉ
Ｃ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、 上記上面部は、ｘ：０．６５〜０．９５、 上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．３５、 を満足するＣおよびＮの層厚方向濃度勾配を有し、かつ
前記ＣおよびＮの濃度が無段階変化または段階変化する
濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層、 （ｃ）０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織を
有するＡｌ2 Ｏ3 層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成された
硬質被覆層を３〜２５μｍの全体平均層厚で化学蒸着し
てなる、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮す
る被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【０００６】なお、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成する濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層の組成式：ＴｉＣ
1-x Ｎx において、上記上面部のｘ値を０．６５〜０．
９５、望ましくは０．７０〜０．８５、下面部のｘ値を
０．０５〜０．３５、望ましくは０．１５〜０．３０と
したのは、上面部のｘ値が０．６５未満になったり、下
面部のｘ値が０．３５を越えたりすると、層厚方向のＣ
およびＮの濃度勾配が小さくなって一段の靭性向上効果
が得られず、この結果硬質被覆層に所望のすぐれた耐チ
ッピング性を確保することができず、一方上面部のｘ値
が０．９５を越えたり、下面部のｘ値が０．０５未満に
なったりすると、反対にＣおよびＮの濃度勾配が大きく
なり過ぎて、縦長成長結晶組織を確保するのが困難にな
り、靭性の著しい低下が避けられず、この結果チッピン
グが発生し易くなるという理由に基ずくものである。 【０００７】同じく硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層
のそれぞれには、構成層相互間の層間密着性を向上させ
る作用があり、したがってその平均層厚が０．１μｍ未
満では、所望のすぐれた層間密着性を確保することがで
きず、一方その平均層厚が５μｍを越えると硬質被覆層
の摩耗進行が促進されるようになることから、その平均
層厚を０．１〜５μｍと定めた。同じくＡｌ2 Ｏ3 層に
は、硬質被覆層の耐摩耗性を向上させる作用があるが、
その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望のすぐれた耐
摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が８
μｍを越えると切刃にチッピングが発生し易くなること
から、その平均層厚を０．５〜８μｍと定めた。さらに
同じく濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層には、上記の通り硬質被
覆層の耐チッピング性を一段と向上させる作用がある
が、その平均層厚が２μｍ未満では、耐チッピング性に
所望の向上効果が得られず、一方その平均層厚が１５μ
ｍを越えると耐摩耗性が急激に低下するようになること
から、その平均層厚を２〜１５μｍと定めた。また、硬
質被覆層の全体平均層厚を３〜２５μｍとしたのは、そ
の平均層厚が３μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保す
ることができず、一方その平均層厚が２５μｍを越える
と、切刃に欠けやチッピングが発生し易くなるという理
由からである。 【０００８】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
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：１．５μｍ有するＷＣ粉末、同１．２μｍの
（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／Ｔｉ
Ｎ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、同１．３μｍの
（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９０／１０）粉
末、同１μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末、同１．２μｍのＶＣ粉
末、および同１．２μｍのＣｏ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、この混合粉末をＩ
ＳＯ規格ＳＮＭＧ１２０４０８に則した形状の圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を１０-3ｔｏｒｒの真空雰囲
気中、１４００〜１４６０℃の範囲内の所定の温度に１
時間保持の条件で真空焼結することにより超硬基体Ａ〜
Ｆをそれぞれ製造した。 【０００９】ついで、これらの超硬基体Ａ〜Ｆの表面
に、ホーニング加工を施した状態で、通常の化学蒸着装
置を用い、表２、３（表２に示される硬質被覆層の構成
層は、いずれも層の下面部から上面部まで構成成分に濃
度変化のない一様な組成をもつものであり、またｌ−Ｔ
ｉＣＮ層以外はいずれも粒状結晶組織を有するものであ
る）に示される条件にて、表４、５に示される組成およ
び目標層厚（切刃の逃げ面）の硬質被覆層を形成するこ
とにより本発明被覆超硬工具１〜１０および従来被覆超
硬工具１〜１０をそれぞれ製造した。なお、表４におけ
る、例えば「ｌ−ＴｉＣＮ（ア）［５段階］ｌ−ＴｉＣ
Ｎ（４．３）」は、表３の「下面部・ｌ−ＴｉＣＮ
（ア）（ｘ：０．０５）」の反応ガス組成から「上面部
・ｌ−ＴｉＣＮ（ｘ：０．７５）」の反応ガス組成ま
で反応ガス中のＣＨ3 ＣＮ、またはＣＨ3 ＣＮとＣＨ4
の含有割合を経時的に５段階変化させて４．３μｍの目
標層厚で濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層を形成した場合を示す
ものであり、同じく「ｌ−ＴｉＣＮ（イ）［連続］ｌ−
ＴｉＣＮ（３．８）」は、「下面部・ｌ−ＴｉＣＮ
（イ）（ｘ：０．１０）」の反応ガス組成から「上面部
・ｌ−ＴｉＣＮ（ｘ：０．６５）」の反応ガス組成ま
で反応ガス中のＣＨ3 ＣＮ、またはＣＨ3 ＣＮとＣＨ4
の含有割合を経時的に無段階で変化させて３．８μｍの
目標層厚で濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層を形成した場合を示
すものである。この結果得られた本発明被覆超硬工具１
〜１０の硬質被覆層を構成す濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層の
上面部および下面部のｘ値について、それぞれの表面か
ら０．２μｍ内側をオージェ分光分析器を用いて測定し
たところ、表３に示される目標値に相当する値を示し
た。また、硬質被覆層を構成する構成層もそれぞれ目標
層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。 【００１０】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１０
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：５．０ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の乾式高速高切り込み断続切削試験、
並びに、 被削材：ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸
棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速高送り断続切削試験行い、
いずれの切削試験でも切刃の最大逃げ面摩耗幅を測定し
た。この測定結果を表６に示した。 【００１１】 【表１】 【００１２】 【表２】 【００１３】 【表３】【００１４】 【表４】 【００１５】 【表５】【００１６】 【表６】【００１７】 【発明の効果】表４〜６に示される結果から、硬質被覆
層中に濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ層が存在する本発明被覆超
硬工具１〜１０は、いずれも前記濃度勾配ｌ−ＴｉＣＮ
層によって硬質被覆層がすぐれた靭性を具備するように
なることから、鋼の断続切削を高速で、しかも高切り込
みおよび高送りの重切削条件で行うというきわめて苛酷
な切削条件下でも切刃にチッピングの発生なく、すぐれ
た切削性能を発揮するのに対して、硬質被覆層を構成す
るｌ−ＴｉＣＮ層のＣおよびＮに濃度勾配のない従来被
覆超硬工具１〜１０においては、上記の苛酷な切削条件
では硬質被覆層の靭性不足が原因で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工具は、これ
を構成する硬質被覆層がすぐた耐チッピング性を有する
ので、例えば鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や
断続切削は勿論のこと、特にこ断続切削を高速で、かつ
重切削条件下で行うというきわめて苛酷な条件での切削
でも、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するもので
あるから、切削加工の省力化および省エネ化に十分満足
に対応できるものである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 見市 昌之
茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地
三菱マテリアル株式会社 筑波製作所
内
(56)参考文献 特開 平７−34250（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−187605（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−234605（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−244405（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−240005（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−331443（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−1408（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−8010（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23B 27/14
C23C 16/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、 （ａ）いずれも０．１〜５μｍの平均層厚および粒状結
晶組織を有する、炭化チタン層、窒化チタン層、炭窒化
チタン層、酸化チタン層、炭酸化チタン層、窒酸化チタ
ン層、および炭窒酸化チタン層のうちの１種または２種
以上からなるＴｉ化合物層、 （ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、反応ガスの構成
成分であるＣＨ 3 ＣＮ、またはＣＨ 3 ＣＮとＣＨ 4 の含
有割合を経時的に無段階あるいは段階的に変化させる条
件で蒸着形成され、上面部および下面部を組成式：Ｔｉ
Ｃ1-x Ｎx で現した場合、原子比で、 上記上面部は、ｘ：０．６５〜０．９５、 上記下面部は、ｘ：０．０５〜０．３５、 を満足するＣおよびＮの層厚方向濃度勾配を有し、かつ
前記ＣおよびＮの濃度が無段階変化または段階変化する
縦長成長結晶組織の炭窒化チタン層、 （ｃ）０．５〜８μｍの平均層厚および粒状結晶組織を
有するを有する酸化アルミニウム層、 以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を３〜２５
μｍの全体平均層厚で化学蒸着したことを特徴とする硬
質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆
超硬合金製切削工具。
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP33268098A JP3433686B2 (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
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Family Applications (1)
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-
1998
- 1998-11-24 JP JP33268098A patent/JP3433686B2/ja not_active Expired - Lifetime
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