JP3524256B2 - アルミナ被覆セメンテッドカーバイド物品 - Google Patents
アルミナ被覆セメンテッドカーバイド物品Info
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Description
テッドカーバイド物品、特に切削インサートとその外面
色を変える方法に関する。
金)にTiC,Ti(C,N),TiNの化合物の1種
以上の中間被覆物を介して或いはガンマ相に富んだ基体
に蒸着した酸化アルミニウムの被覆物は公知である。例
えば、Hale(米国再発行特許第32,110号)とLind
strom 他(米国再発行特許第31,520号)には、金
属切削用インサート(植刃)としての使用で市場的成功
をおさめている、この種の成品が記述されている。
号と第5,162,147号には、具体的なκ相アルミ
ナの被覆物及び或いはαとκの相のアルミナを含有する
多重層被覆物が記述されている。この種の成品は単層の
α及び/或いはκアルミナ被覆セメンテッドカーバイド
のインサートに較べ著しい向上をもたらすとはいえ、現
在ではこの種の成品の更なる最適化、即ち向上が求めら
れている。
行技術の問題点を回避する、或いは解消することにあ
る。本発明の第2の目的は著しい作業上の利点を有す
る、即ち向上した切削性能を発揮するアルミナ被覆セメ
ンテッドカーバイドのインサートを提供することにあ
る。本発明の第3の目的は上記アルミナ被覆セメンテッ
ドカーバイド物品の外面を特定の色にする方法が提供さ
れる。
ば、少なくとも1種の金属炭化物とバインダ金属を含有
する焼結基体と、アルミナの複数層を有する被覆物と、
を含む被覆セメンテッドカーバイド物品が提供され、改
良点は、クレータ摩耗及びフランク摩耗に対して最適な
構造を有し、全てがκアルミナから成る6〜8層のアル
ミナであり、且つ各κアルミナ層とκアルミナ上層との
間にκ変更層が存在し、κ変更アルミナ層がxとyは2
〜4、wとzは0.6〜0.8である式(Al x T
i y )(O w C z )を満足する元素Al、Ti、O、C
を含み、その総層厚が約15μmまでの値である。
とも1種の金属炭化物とバインダ金属を含有する焼結基
体と、金属厚が約15μmまでの厚さである6−8枚の
アルミナ層を有する被覆物を含む被覆セメンテッドカー
バイドの物品である。本発明に係る基体は公知の硬質金
属或いはセメンテッドカーバイドであって、これは主要
部の炭化タングステン等の金属炭化物と、望むならば、
僅部の例えばTiC,NbC,HfC,VC等の化合物
と、鉄族金属、好ましくはコバルトとを一体に焼結した
ものである。多くの場合、アルミナ被覆物の蒸着の前
に、セメンテッドカーバイドは先ずTi,Zr,Hf,
V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Si及び/或いはB
の1種以上の元素の耐摩耗性炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、炭酸窒化物及び/或いはホウ化物の約1
−5μm、好ましくは約3μm厚になる薄い中間層で被
覆される。TiC,TiN及び/或いはTi(C,N)
がこの中間層としては好ましい。
さ、好ましくは約0.5−1μm厚となる多重アルミナ
層が中間層の上に施こされる。アルミナ多重層は、物品
が金属切削用のインサートである場合には、特定の物性
(例えば、クレータ摩耗とフランク摩耗)を改良するこ
とが期待される。これらの物性の改良度合は、与えられ
た全アルミナ層厚において、アルミナ層の数が増大する
に従って高められる。しかし、予期せざる効果として、
これらの物性の改良度合はアルミナ層の数が或る点まで
は増大するに従って増大し、そしてその点から更に増大
するに従って低減することが判明した(図13参照)。
最適の成果はアルミナ多重被覆物が6−8層から成る場
合である。
が、κアルミナが蒸着すべきアルミナの所望組織形態で
あるときには、その下敷となるアルミナ層(α或いは
κ)の表面は次の被覆物としてのκアルミナの核となる
薄い変更層(modification layer)を含むべきであるこ
とが判明した。変更層(概して接着に有害である)は薄
い中間層〔例えば、TiC,TiN及び/或いはTi
(C,N)〕と第1層のκアルミナ層の間に存在する必
要はない。中間層とκアルミナ層間の結合層は熱処理後
に生じる。例えばこの結合層は接着を助勢する材料であ
れば良く、これは当業者の技術知識内のものである。こ
の変更層は薄い(0.05−0.5μm、好ましくは約
0.05−0.1μm)表面酸化層、例えばCVD法に
より蒸着される(Alx Tiy )(Ow Cz )、但しy
とxは2〜4、zとwは0.6〜0.8、である。
(Alx Tiy )(Ow Cz Nu )、但しxとyは2〜
4、wとzとuは0.6〜0.8であってもよい。更
に、この層は化学的に均質であってもよいし、好ましく
は層中心の最大窒素含有量から厚さ方向に変動する窒素
含有量の勾配を有しているものであってもよい。
O3 のエピタキシャル成長とκ−Al2 O3 層上の変更
層のエピタキシャル成長とが全多重層で維持され得るよ
うに制御(当業者に公知の方法により)されるべきであ
る。上記κ−Al2 O3 のエピタキシャル成長は斜方晶
(ポイントグループはmm2であり、スペースグループ
はPna21 であり、格子パラメータはa=4.834
Å,b=8.310Å,c=8.937Å)である。κ
−Al2 O3 と変更層(modification layer)の間の方
位関係はfcc構造であって、次の通りである。
にTiN層を施こしてもよい。このTiN層は0.5−
2μm、好ましくは約1μmの厚さであり得る。
カーバイド物品を金属切削用のインサートとして利用す
ると、これらの被覆物の使用がこの用途で有益であるこ
とが判明した。その成果は図13,14のグラフに表さ
れ、且つ以下の事例において記述されている。
具体的な金属切削作業に依存して変え得る。例えば、フ
ライス作業に用いるインサートは合計約4−6μmの多
重アルミナ層を必要とし、他方旋削作業に用いるインサ
ートでは約8−10μmの範囲の厚い被覆物であるべき
である。多重アルミナ層のチッピング抵抗はアルミナ被
覆物の外面を湿式ブラスト処理により著しく改良され
る。湿式ブラスト処理は各アルミナ層の蒸着後に実行す
ることも出来る。この結果は一層微細なグレンのアルミ
ナインターレイヤーをもたらす。
も、それより多い多重層を有するインサートは耐摩耗性
が好ましくないが、層数が異なるとインサートが異なる
色になることが予期せざる効果として発見された。例え
ば、15層のインサートはグリーンの色になり、32層
のインサートはブルーの色になる。従って、本発明方法
は許容物性を有した状態で、異なる色を有する斯ゝるイ
ンサートを作るために使用出来る。この種の異なる色は
特定の環境下で望まれる。
及び5.5%Coの市販セメンテッドカーバイド製イン
サートを以下の被覆条件で被覆処理した。 工程1:TiC被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 TiCl4 :3.5% H2 200分 1020℃ 50ミリバール CH4 :5.5% 工程2:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02% 工程3:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02% 工程4:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02% 工程5:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02% 工程6:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02% 工程7:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02% 工程8:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02% 工程9:アルミナ被覆 混合気 残部ガス 時間 温度 圧力 AlCl3 :2.1% H2 90分 1000℃ 50ミリバール CO2 :3.7% H2 S:0.02%
織或いは構造をもたらす。 工程 各層構造 1: 3μm厚のTiC被覆物 2: 約1μm厚のκアルミナ層 3: 約1μm厚のκアルミナ層 4: 約1μm厚のκアルミナ層 5: 約1μm厚のκアルミナ層 6: 約1μm厚のκアルミナ層 7: 約1μm厚のκアルミナ層 8: 約1μm厚のκアルミナ層 9: 約1μm厚のκアルミナ層 上記多重層被覆インサートは茶色(ブラウン)を呈した
(κアルミナの単一層被覆物を備えたインサートが黒色
を呈するのに反し)。この多重層被覆インサートの断面
は図3に示される。図4はこのインサートの表面組織形
態を示している。
うに被覆処理を続行したことを除き、繰返した。得られ
た多重層被覆インサートの断面は図5に示され、図6は
このインサートの表面組織形態を示している。例3 (比較例) 例1を、被覆物中のアルミナ層の総数が32層になるよ
うに被覆処理を続行したことを除き、繰返した。この多
重層被覆インサートはブルー色を有していた。この多重
層被覆インサートの断面は図7に示され、図8はこのイ
ンサートの表面組織形態を示している。例4 (比較例) 例1を、被覆物中のアルミナ層の総数が4層になるよう
に被覆処理を続行したことを除き、繰返した。例5 例1,2,3,4で製造された多重層被覆セメンテッド
カーバイド物品であるインサートを、単一アルミナ層を
有する(例1の工程1と工程2による)被覆インサート
と共に、試験した。例1,2,3,4のインサートは単
一アルミナ被覆を有する(図1と図3に示すよう作られ
た)インサートと共に試験した。上記試験として、下記
の工作物材を下記の条件で連続旋削する試験を実施し
た。 工作物:SS1672(AISI4340,DIN3
4,CrNiMo6) 切削速度:200,250,275m/分 送り:0.4mm/rev 切込み:2.5mm インサート型:SNUN120412
た結果は各種インサートの多数個の試験の結果であり、
特定被覆タイプについて報告されている夫々の試験結果
は数個の切刃の平均値を表している。 単一層 4xκ 8xκ 15xκ 32xκ 200m/分 28分 30分 47分 33分 26分 250m/分 16分 18分 26分 19分 18分 275m/分 13分 16分 24分 17分 14分
有するインサートが単層、4層、15層、32層のアル
ミナ被覆物を有するインサートより性能が明らかに優れ
ている事実を表している。これらの多重層は全体的にκ
アルミナ或いは全体的にαアルミナであり得るし、或い
はκアルミナとαアルミナの層の混成物であり得る。い
づれの各アルミナ層もαアルミナとκアルミナの混合物
であり得るが、この場合一方の形態がその層内のアルミ
ナ形態の少なくとも90%であるべきである。
てκアルミナ)を有するインサートを金属切削試験で使
用した。各インサートのフランク摩耗を1,3,6及び
10分後に測定し、その結果を以下の表と図14に示し
た。8層インサートの場合のフランク摩耗は他の2種の
インサートのものより著しく良好である、即ち耐フラン
ク摩耗性が高い。 1分 3分 6分 10分 1κ 65μm 110μm 145μm 178μm 8κ 59μm 98μm 125μm 155μm 32κ 72μm 120μm 160μm 196μm 8層被覆インサートの曲げ破壊(transverse rupture)
強度は単一層被覆セメンテッドカーバイドインサートの
強度より僅かに低いが、15層や32層のインサートの
強度より著しく高い。
被覆物を有するセメンテッドカーバイドのインサートが
優れた切削性能を発揮することが出来る。しかも、この
優れた性能を維持しながら、インサートの外面色を特定
のものに変えることも可能である。
イドのインサートの断面を示す、図面に代る走査電子顕
微鏡(SEM)の写真(10,000倍)である。
ートの表面を示す、図面に代るSEM写真である。
イドインサートの断面を示す、図面に代るSEM写真
(8,000倍)である。
M写真である。
バイドインサートの断面を示す、図面に代るSEM写真
(8,000倍)である。
M写真である。
バイドインサートの断面を示す、図面に代るSEM写真
(8,000倍)である。
M写真である。
バイドのインサートを10分間、250m/分の切削速
度で切削試験した後の斯ゝるインサートを示す、図面に
代る光学写真(50倍)であって、具体的にはクレータ
摩耗を示している。
バイドのインサートを10分間、250m/分の切削速
度で切削試験した後の斯ゝるインサートを示す、図面に
代る光学写真(50倍)であって、具体的にはクレータ
摩耗を示している。
ーバイドのインサートを10分間、250m/分の切削
速度で切削試験した後の斯ゝるインサートを示す、図面
に代る光学写真(50倍)であって、具体的にはクレー
タ摩耗を示している。
ーバイドのインサートを10分間、250m/分の切削
速度で切削試験した後の斯ゝるインサートを示す、図面
に代る光学写真(50倍)であって、具体的にはクレー
タ摩耗を示している。
テッドカーバイドのインサートについて、種々の切削速
度による切削摩耗試験したときに達成された工具寿命を
示すグラフである。
テッドカーバイドのインサートにおけるフランク摩耗を
示すグラフである。
対応物品における曲げ破壊強度を示すグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 少なくとも1種の金属炭化物とバインダ
金属を含む焼結基体と、複数のアルミナ層を有する被覆
物と、を含むアルミナ被覆セメンテッドカーバイド物品
において、 該被覆物が、全てがκアルミナから成る6〜8枚の複数
のアルミナ層を有しクレータ摩耗及びフランク摩耗に対
する耐性に優れ、 各κアルミナ層は順次積層であって、下敷きとなるκア
ルミナ層の表面にκアルミナの核となる薄いκ変更層が
存在し、前記κ変更層がxとyが2〜4、wとzが0.
6〜0.8である式(AlxTiy)(OwCz)を満足す
る元素Al、Ti、O、Cを含み、 当該複数のアルミナ層の総層厚が15μm以下の値であ
ることを特徴とするアルミナ被覆セメンテッドカーバイ
ド物品。 - 【請求項2】 該複数のアルミナ層の総層厚が5−15
μmの範囲にある、請求項1に記載の物品。 - 【請求項3】 該複数のアルミナ層の総層厚が8−10
μmの範囲にある、請求項1に記載の物品。 - 【請求項4】 該複数のアルミナ層の総層厚が4−6μ
mの範囲にある、請求項1に記載の物品。 - 【請求項5】 各アルミナ層の層厚が1.5μm以下の
ものである、請求項1に記載の物品。 - 【請求項6】 各アルミナ層の層厚が0.5−1μmの
範囲にある、請求項5に記載の物品。 - 【請求項7】 複数のアルミナ層を有する該被覆物が8
枚のアルミナ層を有している、請求項1に記載の物品。 - 【請求項8】 複数のアルミナ層を有する該被覆物の表
面が湿式ブラスト処理されている、請求項1に記載の物
品。 - 【請求項9】 前記変更層は窒素を含有し、xとyが2
〜4、wとzとuが0.6〜0.8である式(AlxT
iy)(OwCzNu)を満足する請求項1に記載の物品。 - 【請求項10】 複数のアルミナ層を有する該被覆物が
0.5〜2μmの厚さのTiNの最外層を有する請求項
1〜9記載の物品。
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JP05367496A Expired - Fee Related JP3524256B2 (ja) | 1995-02-17 | 1996-02-19 | アルミナ被覆セメンテッドカーバイド物品 |
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