JP3503658B2 - 表面被覆wc基超硬合金製切削工具 - Google Patents

表面被覆wc基超硬合金製切削工具

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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、炭化タングステン
(以下、WCで示す)基超硬合金を基体とし、その表面
に密着性の優れた複合硬質被覆層を形成してなる表面被
覆WC基超硬合金製切削工具に関するものであり、従来
よりも一段と苛酷な条件のフライス切削などの断続切削
に使用してもチッピンクが起こりにくく、優れた切削性
能を示す表面被覆WC基超硬合金製切削工具に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】一般に、WC基超硬合金基体表面に、い
ずれも結晶粒が粒状の組織を有する炭化チタン、窒化チ
タンまたは炭窒化チタンからなる下層と、前記下層の上
に形成された炭窒化チタンからなる中層と、前記中層の
上に形成された炭化チタンまたは炭窒酸化チタンからな
る上層と、前記上層の上に形成された酸化アルミニウム
からなる最上層とからなる複合硬質被覆層を形成した表
面被覆WC基超硬合金製切削工具は知られており、この
複合硬質被覆層は温度:900℃を越える高温化学蒸着
法(以下、HT−CVD法という)によりWC基超硬合
金製切削工具の表面に形成され、得られた複合硬質被覆
層を有する表面被覆WC基超硬合金製切削工具は鋼など
の断続切削に用いられていることは良く知られていると
ころである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のH
T−CVD法によりWC基超硬合金基体表面に形成され
た下層、中層、上層および最上層からなる複合硬質被覆
層は、多層となるほど上層部の靭性が不足し、十分な耐
チッピング性が得られず、前記従来のHT−CVD法に
より、苛酷な条件下での使用可能な表面被覆WC基超硬
合金製切削工具を得ることができなかった。
【0004】本発明者らは、従来の表面被覆WC基超硬
合金製切削工具が耐チッピング性に劣る原因を追及した
結果、前記従来のHT−CVD法によりWC基超硬合金
基体表面に形成された下層、中層、上層および最上層か
らなる複合硬質被覆層は、下層がバリヤーとなって多層
となるほど上層部のCo含有量が不足し、そのために複
合硬質被覆層全体の靭性が不足し、十分な耐チッピング
性が得られないことがわかったのである。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
従来よりも一層耐チッピング性に優れた表面被覆WC基
超硬合金製切削工具を得るべく研究を行った結果、 (a)近年開発された、有機CN化合物を使用し700
〜900℃の温度で化学蒸着する特開昭62−4457
2号公報記載の中温化学蒸着法(以下、MT−CVD法
という)により形成したTiCN層は、結晶粒が基体表
面に対して直角方向に成長して柱状結晶組織となるとと
もに、WC基超硬合金基体に含まれるCoを表面に吸い
上げる作用をする、 (b)WC基超硬合金基体の表面に、比較的薄い厚さ:
0.01〜2.0μmの結晶粒が粒状の組織を有するT
iC層またはTiCN層を通常の高温CVD法により下
層として形成してもCo吸い上げのバリヤーとはなら
ず、かえって密着を向上せしめ、かかる下層の上に前記
結晶粒が基体表面に対して直角方向に成長した柱状結晶
組織を有する中層のTiCN層を形成し、その中層の上
に通常の高温CVD法により上層のTiC層またはTi
CNO層を形成したのち、所定の条件で熱処理すると、
上層のTiC層またはTiCNO層にCoを0.01〜
6重量%を拡散して含有させることができ、かかるCo
が0.01〜6重量%含まれている上層の上に最上層の
Al2 3 層またはTiN層を形成して得られた複合硬
質被覆層は、従来のHT−CVD法により得られた表面
被覆WC基超硬合金製切削工具よりも耐チッピング性に
優れている、という知見を得たのである。
【0006】 この発明は、かかる知見に基づいてなさ
れたものであって、通常のWC基超硬合金を基体とし、
その表面に形成された結晶粒が粒状の組織を有する炭化
チタンまたは炭窒化チタンからなる下層と、前記下層の
上に形成された結晶粒がWC基超硬合金基体表面に対し
て直角方向に成長した柱状結晶組織を有する炭窒化チタ
ンからなる中層と、前記中層の上に形成された炭化チタ
ンまたは炭窒酸化チタンからなる結晶粒が粒状の組織を
有する上層と、前記上層の上に形成された結晶粒が粒状
の組織を有する酸化アルミニウム、窒化チタンまたは酸
化アルミニウムおよび窒化チタンからなる最上層を有す
る複合硬質被覆層とからなる表面被覆WC基超硬合金製
切削工具であって、前記複合硬質被覆層の下層、中層お
よび上層のいずれの層にもWC基超硬合金基体から来た
Coが含まれており、上層に含まれるCoは0.01〜
6重量%である表面被覆WC基超硬合金製切削工具、に
特徴を有するものである。
【0007】この発明の結晶粒が柱状の組織を有するT
iCN内層を形成するには、反応ガス組成がTiC
4 :1〜4容量%、CH3 OH:0.1〜1容量%、
2 :0〜25容量%、H2 :残りからなり、反応温
度:800〜900℃、圧力:30〜200torrの
条件にて形成される。
【0008】下層の厚さは0.01〜2.0μm、好ま
しくは0.1〜1.0μmであり、また、中層のTiC
N層の厚さは2〜20μm、好ましくは2〜10μmで
あり、さらに、少なくとも上層に含まれるCo量は0.
01〜6重量%、好ましくは0.01〜3.0重量%で
ある。
【0009】
【実施例】Co:6.5重量%、TiC:2重量%、T
aC:4重量%、TiN:1重量%を含有し、残りがW
Cおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、CIS
規格のSNMG432に定めた形状のスローアウェイチ
ップを用意し、このスローアウェイチップをWC基超硬
合金基体とし、このWC基超硬合金基体の表面に、それ
ぞれを下記の(1)または(3)に示される条件のHT
−CVD法により結晶粒が粒状のTiC層またはTiC
N層からなる下層を形成し、ついで前記下層の上に下記
の(6)に示される条件のMT−CVD法により結晶粒
が柱状のTiCN中層を形成し、前記TiCN中層の上
に下記の(1)または(4)に示される条件のHT−C
VD法により結晶粒が粒状のTiC層またはTiCNO
層からなる上層を形成し、その後、下記の表1に示され
る条件で熱処理した後、下記の(2)または(5)に示
される条件のHT−CVD法により結晶粒が粒状のAl
2 3 層および/またはTiN層からなる最上層を形成
し、表2に示される本発明被覆切削工具1〜8を作製し
た。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】さらに比較のために、いずれも下記の
(1)〜(4)に示される条件のHT−CVD法により
結晶粒が粒状の下層、中層および上層を形成し、さらに
熱処理せずに下記の(5)および/または(2)に示さ
れる条件のHT−CVD法により結晶粒が粒状のAl2
3 層および/またはTiN層からなる最上層を形成す
ることにより表3に示される従来被覆切削工具1〜10
を作製した。
【0013】
【表3】
【0014】硬質被覆層形成条件 (1)結晶粒が粒状の組織を有するTiC層の形成条件 反応ガス組成:TiCl4 :2容量%、CH4 :5容量
%、H2 :93容量%、 圧力:100torr、 反応温度:1030℃、
【0015】(2)結晶粒が粒状の組織を有するTiN
層の形成条件 反応ガス組成:TiCl4 :2容量%、N2 :20容量
%、H2 :78容量%、 圧力:200torr、 反応温度:1000℃、
【0016】(3)結晶粒が粒状の組織を有するTiC
N層の形成条件 反応ガス組成:TiCl4 :2容量%、CH4 :5容量
%、N2 :20容量%、H2 :73容量%、 圧力:100torr、 反応温度:1030℃、
【0017】(4)結晶粒が粒状の組織を有するTiC
NO層の形成条件 反応ガス組成:TiCl4 :2容量%、CO:3容量
%、N2 :3容量%、H2 :92容量%、 圧力:100torr、 反応温度:1000℃、
【0018】(5)結晶粒が粒状の組織を有するAl2
3 層の形成条件 反応ガス組成:AlCl3 :5容量%、CO2 :8容量
%、H2 :87容量%、 圧力:100torr 反応温度:1000℃、
【0019】(6)結晶粒が柱状の組織を有するTiC
N層の形成条件 反応ガス組成:TiCl4 :2容量%、CH3 CN:
0.5容量%、H2 :97.5容量%、 圧力:50torr、 反応温度:850℃、
【0020】上記本発明被覆切削工具1〜8および従来
被覆切削工具1〜10について、 被削材 :SCM440(硬さ:HB 220)のスリッ
ト入り丸棒 切削速度:170m/min 送 り:0.25mm/rev. 切込み :1.5mm 冷却油 :なし の条件で乾式断続切削試験を行ない、10分後の切刃の
最大逃げ面摩耗量を測定するとともに、切刃の損傷状況
も観察し、これらの結果を表4に示した。
【0021】
【表4】
【0022】表1〜表4に示された結果から、本発明被
覆切削工具1〜8は最上層の下の上層にCoが含まれて
いるに対し、従来被覆切削工具1〜10では上層にCo
が検出されず、これら本発明被覆切削工具1〜8および
従来被覆切削工具1〜10を用いて前記条件の乾式断続
切削試験を行った場合、本発明被覆切削工具1〜8の方
がいずれも切刃の最大逃げ面摩耗幅が小さく、さらに切
刃損傷状況が正常摩耗を示すに対し、従来被覆切削工具
1〜10は切刃の最大逃げ面摩耗幅が大きくしかも切刃
にチッピングが発生していることがわかる。
【0023】
【発明の効果】上述のように、この発明によると、従来
よりも優れた切削性能を示す表面被覆WC基超硬合金製
切削工具を提供することができ、産業の発展に大いに貢
献し得るものである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−108254(JP,A) 特開 昭61−223180(JP,A) 特開 昭63−89666(JP,A) 特開 平5−263252(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通常のWC基超硬合金基体表面に、結晶
    粒が粒状の組織を有する炭化チタンまたは炭窒化チタン
    からなる下層と、前記下層の上に形成された結晶粒がW
    C基超硬合金基体表面に対して直角方向に成長した柱状
    結晶組織を有する炭窒化チタンからなる中層と、前記中
    層の上に形成された炭化チタンまたは炭窒酸化チタンか
    らなる結晶粒が粒状の組織を有する上層と、前記上層の
    上に形成された結晶粒が粒状の組織を有する酸化アルミ
    ニウムからなる最上層とからなる複合硬質被覆層が形成
    されてなる表面被覆WC基超硬合金製切削工具であっ
    て、前記複合硬質被覆層の下層、中層および上層のいず
    れの層にもWC基超硬合金基体から来たCoが含まれて
    おり、上層に含まれるCoは0.01〜6重量%である
    ことを特徴とする表面被覆WC基超硬合金製切削工具。
  2. 【請求項2】 前記複合硬質被覆層の最上層は、窒化チ
    タンからなることを特徴とする請求項1記載の表面被覆
    WC基超硬合金製切削工具。
  3. 【請求項3】 前記複合硬質被覆層の最上層の酸化アル
    ミニウムの上に、さらに窒化チタン層を形成してなるこ
    とを特徴とする請求項1記載の表面被覆WC基超硬合金
    製切削工具。
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