JP3546967B2 - 被覆硬質合金 - Google Patents

被覆硬質合金 Download PDF

Info

Publication number
JP3546967B2
JP3546967B2 JP34996993A JP34996993A JP3546967B2 JP 3546967 B2 JP3546967 B2 JP 3546967B2 JP 34996993 A JP34996993 A JP 34996993A JP 34996993 A JP34996993 A JP 34996993A JP 3546967 B2 JP3546967 B2 JP 3546967B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
group
compressive stress
residual compressive
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP34996993A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07188901A (ja
Inventor
順彦 島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moldino Tool Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Tool Engineering Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Tool Engineering Ltd filed Critical Hitachi Tool Engineering Ltd
Priority to JP34996993A priority Critical patent/JP3546967B2/ja
Publication of JPH07188901A publication Critical patent/JPH07188901A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3546967B2 publication Critical patent/JP3546967B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本願発明は、耐摩耗性、耐欠損性に優れる切削工具として用いられる被覆切削工具部材及び耐摩耗工具として用いられる被覆耐摩部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、PVD法による硬質皮膜は、TiNが主流であったが、最近TiCN膜があるいは(TiAl)Nといった新しい種類の皮膜が開発され注目されてきている。TiCNはビッカース硬さが3000近くあり、TiNのビッカース硬さ2200に比べ格段に硬く耐摩耗性を著しく高める効果も持つ。一方(TiAl)NはTiとAlの比率により異なるが、概略2300〜2800のビッカース硬さを有し、TiNに比べ耐摩耗性を高める一方耐酸化性が著しく優れるため刃先が高温になる切削条件下などで優れた特性を発揮するものである。
【0003】
又、(TiAl)N膜の皮膜の改善としてTi/Alの比率を限定した特公平5−67705号や、(TiAlZr)N、(TiAlV)Nといった更に多元系の皮膜にした米国特許4871434号等が提案され、更に改善が計られている。
しかしながらこれらの新しい皮膜は、上述の長所を有するものの皮膜に残留する圧縮応力が、後述する表1記載のように、TiN皮膜の3.0倍〜3.7倍と高く、次のような種々の問題点を有するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
皮膜の密着力は、皮膜の残留圧縮応力が高くなるほど弱くなるものであり、これら新しい皮膜はその密着性がTiNに比べ劣るものである。又、この残留応力が高いことは皮膜の密着性を悪くするだけでなく、膜厚が厚くなるに従い残留応力が増加するため皮膜の厚膜化への技術上の障害ともなり厚膜化が実現されていないのも現状である。
【0005】
残留圧縮応力を低減する最も簡単な方法は、被覆工程における被覆パラメーターを変更することが考えられる。本発明者は、アークイオン放電法により鋼基板上へTiNを3μm成膜する場合、被覆パラメーターである窒系分圧、バイアス電圧の残留圧縮応力を調べてみたところ、バイアス電圧−50Vにおいては−2GPa、同一−100Vにおいては−5GPaの残留圧縮応力を示した。又、窒系分圧を10−1Pa下においては−1GPa、同10Paにおいては−2GPaの残留圧縮応力を示した。この様に皮膜パラメーターを変えることにより容易に残留圧縮応力は変更可能ではあるが、アークイオン放電法やホロカソード法等においては、それぞれの最適なパラメーターの範囲を有すること、及びパラメーターの変更により成膜される皮膜の膜特性が全く異なってしまうことの理由により、事実上、パラメーターを変更することにより残留圧縮応力を低減することは不可能であった。
【0006】
【本発明の目的】
本発明は上述の残留圧縮応力が高い欠点を改善し、残留圧縮応力を低減することにより皮膜の密着性を高め、強いては被覆工具の耐剥離性を改善すると同時に厚膜化をも可能とする技術を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、(TiAl)Nを基本にこれに各種元素を添加する検討を行った結果、次のような知見を得た。表1は3μm(TiAl)N皮膜をアークイオンプレーティング法により、バイアス電圧120V窒系圧力10−1Paの条件下で成膜するときに種々の元素を添加した場合の残留圧縮応力を3μmのTiNの残留圧縮応力を1とした場合のそれぞれの残留圧縮応力を示す。
【0008】
【表1】
Figure 0003546967
【0009】
表1より(TiAl)N皮膜中に軟質金属を分散、または固溶体化させることにより、膜中の残留応力が減少する傾向があることがわかる。よって、本願発明は、主成分としてTiとAl及び/またはその固溶体の窒化物、炭窒化物より構成された0.5〜10μmの膜厚から成る硬質皮膜のTiの1部をFe族金属及び/またはCr族金属で置換した被覆硬質合金の該皮膜組成をモル比において、(TiAlFe族Cr )C1−xと表した場合、a、b、c、d、xがそれぞれ
a+b+c+d=1
0.3≦a≦0.7
0.3≦b≦0.7
0.01≦c≦0.2
0≦d≦0.1
0≦x≦1
、より成る皮膜であり、かつ、該皮膜の残留圧縮応力を、TiNの残留圧縮応力を1としたとき、その2.5倍以下とし、厚膜化を達成したものである。
【0010】
【作用】
(TiAl)化合物の皮膜中にFe族、Crを添加することにより、膜中の残留応力を減少させ、膜の耐衝撃性、特に断続切削等の機械的な衝撃に対しても剥離しにくい膜となる。さらに、Fe族の場合には合金化したターゲットを使用するとAlの一部を(CoAl)、(NiAl)等の化合物として形成でき皮膜の耐摩耗性、耐酸化性等をも合わせて改善できる。Cr族の場合も同様な効果があり耐酸化性・耐熱性等が改善される。以下、数値限定した理由に付いて説明する。
【0011】
(TiAl)化合物膜中に固溶体/混合体として添加するFe族は、0.01未満では残留応力を低減するのに十分な効果がなく、0.2を越えると皮膜中のFe族の量が多くなりすぎ耐摩耗性、耐溶着性等が劣化するため0.01≦c≦0.2の範囲とした。また、(TiAl)化合物膜中に固溶体/混合体として添加するCrはFe族の含有量とも相関するが、Fe族と合金化させてその耐酸化性等を高めるものであり、0.1を越えて添加すると皮膜中のCrの量が多くなりすぎ残留応力の低減に十分な効果がなくなるため0≦d≦0.1の範囲とした。尚、上記の元素はターゲット材として固溶体化しても、また各元素を個別のターゲットとして蒸着時に成分を調整してもさらに固溶体ターゲットと個別ターゲットを組み合わせても同様の効果をそうする。
【0012】
皮膜中のCNの比率は、0≦x≦1、すなわち炭化物、窒化物、炭窒化物の範囲としたのは、(TiAl)膜中に固溶体/混合体として添加したFe族、Crの効果により応力が緩和されるため、硬さの高い炭化物でも十分に使用でき、また硬さのやや低い窒化物、炭窒化物においてもFe族、Crの量を調整することにより十分な性能を有するため0≦x≦1の範囲とした。以下、実施例により本願発明を詳細に説明する。
【0013】
【実施例】
84WC−3TiC−1TiN−3TaC−9Coの組成になるよう市販の2.5μmのWC粉末、1.5μmのTiC粉末、同TiN粉末、1.2μmのTaC粉末をボールミルにて96時間混合し、乾燥造粒の後、SNMA432のTAインサートをプレスし、焼結後、所定の形状に加工した。この超硬合金基体上にPVD法により、各種合金ターゲット、各元素単独のターゲットを用意し、表2に示すような皮膜を形成した。尚、比較のため従来例で記載した膜に付いても行った。次いで、これらの皮膜をスクラッチテスターにより、0から徐々に荷重を上げ、引っかいていき、膜が剥離する荷重を求めた。それらの結果を表1に示す。
【0014】
表2
Figure 0003546967
【0015
叉、下記に示す工具が繰り返し衝撃を受ける切削条件にて切削テストを行い最大摩耗が0.2mmに達するまでの寿命時間を求め、その結果を表2に示す。
切削条件 被削材(4つ溝付き丸棒):S50C、Hs32
切削速度:200m/min
送り:0.15mm/rev
切込み:2mm
切削油:なし
【0016
表2の結果により、スクラッチ荷重においては明確に違いがでていないが、機械的衝撃が加わる耐衝撃性の試験では使用初期に剥離を生じて、異状摩耗をきたしたことが分かる。なお、実施例では窒化物の皮膜を使用したが、蒸着時の雰囲気を窒素、メタン等の分圧を調整することにより様々な組成比率の炭窒化物の製作も可能である。
【0017
【発明の効果】
本発明の被覆硬質合金は、従来のTiN、TiAlNに比べ、硬さの低い元素を添加/固溶させることにより、耐摩耗性・耐機械的衝撃性に優れ、格段に長い工具寿命が得られるものである。
また、本発明は超硬合金を主に説明してきたがTiCN基サーメットに適用した場合にも優れた効果を現すことは自明である。

Claims (1)

  1. 主成分としてTiとAl及び/またはその固溶体の窒化物、炭窒化物より構成された0.5〜10μmの膜厚から成る硬質皮膜のTiの1部をFe族金属及び/またはCr族金属で置換した被覆硬質合金の該皮膜組成をモル比において、(TiAlFe族Cr )C1−xと表した場合、a、b、c、d、xがそれぞれ
    a+b+c+d=1
    0.3≦a≦0.7
    0.3≦b≦0.7
    0.01≦c≦0.2
    0≦d≦0.1
    0≦x≦1
    、より成る範囲の皮膜であり、かつ、該皮膜の残留圧縮応力を、TiNの残留圧縮応力を1としたとき、その2.5倍以下としたことを特徴とする被覆硬質合金。
JP34996993A 1993-12-28 1993-12-28 被覆硬質合金 Expired - Fee Related JP3546967B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34996993A JP3546967B2 (ja) 1993-12-28 1993-12-28 被覆硬質合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34996993A JP3546967B2 (ja) 1993-12-28 1993-12-28 被覆硬質合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07188901A JPH07188901A (ja) 1995-07-25
JP3546967B2 true JP3546967B2 (ja) 2004-07-28

Family

ID=18407343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34996993A Expired - Fee Related JP3546967B2 (ja) 1993-12-28 1993-12-28 被覆硬質合金

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3546967B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102055320B1 (ko) * 2019-05-29 2019-12-13 한국생산기술연구원 물리증착용 타겟, 이에 의한 질화물 경질피막 및 이들의 제조방법

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09256138A (ja) * 1996-03-19 1997-09-30 Kobe Steel Ltd 耐酸化性および耐摩耗性に優れたTi基合金部材
ATE343659T1 (de) 2000-12-28 2006-11-15 Kobe Steel Ltd Hartstoffschicht für schneidwerkzeuge
KR100391501B1 (ko) * 2001-07-20 2003-07-12 한국야금 주식회사 공구용 초경합금에 코팅되는 TiAlN계 다층경질 박막
JP2003251503A (ja) 2001-12-26 2003-09-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 表面被覆切削工具
SE528789C2 (sv) 2004-09-10 2007-02-13 Sandvik Intellectual Property PVD-belagt skär av hårdmetall samt sätt att tillverka detta
JP5118381B2 (ja) * 2007-04-10 2013-01-16 エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト,トリュープバッハ 保護層システムを有する工具
JP5246165B2 (ja) 2007-10-12 2013-07-24 日立ツール株式会社 硬質皮膜被覆部材の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102055320B1 (ko) * 2019-05-29 2019-12-13 한국생산기술연구원 물리증착용 타겟, 이에 의한 질화물 경질피막 및 이들의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07188901A (ja) 1995-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2793773B2 (ja) 耐摩耗性に優れた硬質皮膜、硬質皮膜被覆工具及び硬質皮膜被覆部材
US20080299366A1 (en) Cemented carbide insert
KR20030076380A (ko) Pvd 코팅된 커팅툴 인서트
WO2001018272A1 (en) Coated cemented carbide insert
JPH06220571A (ja) 切削工具用の超硬合金及び被覆超硬合金
JP3546967B2 (ja) 被覆硬質合金
WO1991005075A1 (fr) Element dur revêtu en surface pour outils de coupe et pour outils resistant a l'abrasion
JPH08209336A (ja) 被覆硬質合金
JPH08209335A (ja) 被覆硬質部材
JP3638332B2 (ja) 被覆硬質合金
JP2022520212A (ja) 加工困難な材料を機械加工するための被覆ツール
JP2007291471A (ja) 耐酸化性皮膜及びその皮膜を被覆した部材
JPH04297568A (ja) 耐摩耗性のすぐれた表面被覆部材及び皮膜形成方法
JP3712242B2 (ja) 被覆切削工具・被覆耐摩耗工具
JP3712241B2 (ja) 被覆切削工具・被覆耐摩耗工具
KR930010709B1 (ko) 우수한 내마모성을 갖는 표면 피복 경질 부재
JP2005153098A (ja) 表面被覆切削工具
JP2002337005A (ja) 耐摩耗皮膜被覆工具
JP2004136430A (ja) 被覆工具
JPH08281502A (ja) 結晶配向性被覆工具
JP3333080B2 (ja) 整合性界面を有した高強度被覆部材
JP3351054B2 (ja) 耐酸化性および耐摩耗性に優れた硬質皮膜
JP2926882B2 (ja) 耐摩耗性に優れた表面被覆硬質部材
JPH1018024A (ja) 被覆硬質部材
EP1222316A1 (en) Coated cemented carbide insert

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040407

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040407

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees