JP3859286B2

JP3859286B2 - 被覆硬質合金

Info

Publication number: JP3859286B2
Application number: JP34675596A
Authority: JP
Inventors: ブレンドルハンス; 順彦島
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JPH10176288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた耐摩耗性を有する被覆硬質合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来はＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の皮膜が汎用的かつ一般的であったが、近年、Ａｌを含有させ耐摩耗性、耐酸化性を向上させる研究がなされ、特公平４−５３６４２号、特公平５−６７７０５号に代表されるように、Ａｌの添加効果を認める事例も種々存在する。
しかしながら、これらの事例は皮膜にＡｌを添加することにより、皮膜の耐酸化性、耐摩耗性といった皮膜そのものの改善が行われたにすぎない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、切削を高能率化する傾向が強く、切削速度ならびに切削送りは増加する傾向にある。このような場合工具寿命を支配する因子としては、皮膜の耐摩耗性、耐酸化性よりも皮膜の密着性が極めて重要なものとなる。前記Ａｌを添加した皮膜は一般に残留圧縮応力が高くその結果皮膜の密着性が十分満足されるものでなく、この様な高能率な切削加工においては、しばしば皮膜が剥離し工具の寿命、信頼性を損なう結果となっている。
従って、この様な高能率切削においても、長寿命でかつ安定した切削を実現するためには、皮膜の密着性をさらに高める必要がある。一方、密着性を向上させるために、密着性を劣化させる皮膜の残留圧縮応力そのものを低減させる研究もなされてはいるが、いまだ十分な効果をみるに至っていないのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、皮膜の密着性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、Ａｌを含有する高い圧縮応力を有する皮膜、例えば、ＴｉとＡｌの窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、窒硼化物、炭窒硼化物の一種以上からなる皮膜（「第一の硬質層」）の下に、比較的に軟らかい皮膜（「第二の硬質層」）を介在させることにより、Ａｌを含有する皮膜の高い圧縮応力は吸収緩和され、その結果、皮膜の密着性を著しく改善できる知見を得るに至った。
このことは、皮膜に高い圧縮応力が存在する場合には、皮膜と基体硬質合金の間にこの圧縮応力に起因する高い剪断応力が作用し、この剪断応力が皮膜の密着性を損なう要因であり、これを緩和、もしくは除去することが皮膜の密着性を向上させることを示唆するものである。つまり、高い圧縮応力を有する皮膜と基体硬質合金の間に比較的軟らかい層を介在させることにより、この比較的軟らかい皮膜が高い圧縮応力をに起因して界面に発生する剪断応力を吸収、緩和したものと考えられる。
【０００５】
さらに、本発明者らは研究を重ねた結果、これらの皮膜の下により軟らかい金属層を介在させることにより剪断応力をよりいっそう緩和させることができる結果を得るに至った。このことはより吸収エネルギーが高く、またヤング率も低く転位が移動しやすい金属層が歪みエネルギーを吸収するのにより効果的であることに基ずく。
以上の結果一刃あたりの送り量が０．４ｍｍを越えるような重断続切削においても、皮膜の剥離は抑制され、安定した切削加工の実現が可能となった。
【０００６】
また、本発明者らの研究によれば、介在させる皮膜（「第二の硬質層」）に要求される条件は軟らかいことだけではなく、結晶粒は、比較的粗いほうがより応力緩和に好ましく、また面粗さは良いほうが密着性そのものの向上に好ましい結果となることが明らかとなった。
従来ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ等を介在させる例もみられるが、本発明者らの研究によればＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣはまず形成される皮膜の面粗さが粗くかつ結晶粒も微細であるに加え、硬さが皮膜全体の密着性を改善するのに十分に軟らかくなく、剪断応力の吸収、緩和にあまり効果的ではない。
本発明者らの研究によれば、これらＴｉＮ、ＴｉＣＮに硼素を添加することにより、皮膜（「第二の硬質層」）の硬さは著しく低下し剪断応力の吸収に格段に優れた特性を発揮するとともに、表面粗さが著しく改善されるとともに、結晶粒が粗大化し、皮膜の密着性が格段に改善された。
【０００７】
次に数値を限定した理由を述べる。
介在させるＴｉの窒硼化物層、炭硼化物層（「第二の硬質層」）の厚さは０．０５μｍ以下であると、応力緩和つまり皮膜の密着性の改善に効果がなく、５μｍを越えると、Ａｌを含む皮膜全体の耐摩耗性を損なうため０．０５μｍから５μｍとした。
また介在させるＴｉ金属層の厚さは５ｎｍ以下では同様に応力緩和つまり皮膜の密着性の改善に効果がなく、５００ｎｍを越えるとこの金属層内で切削中に塑性変形が発生し、反対に皮膜の密着性を損なう結果となるため、５ｎｍから５００ｎｍとした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施例１
小型アークイオンプレーティング装置を用い表１に示す条件において本発明例、比較例のコーティングを行いコーティッド超硬エンドミルを試作した。硼素はターゲット金属の中に添加して、この硼素を添加したターゲット金属を皮膜に添加した。また炭素はアセチレンガスを用い添加した。ＴｉＡｌＮの膜厚は２．０μｍとした。
【０００９】
【表１】

【００１０】
得られたエンドミルで、以下の切削条件にて切削テストを行った。
エンドミル φ８ｍｍ６枚刃
被削材ＳＫＤ１１ＨＲＣ６０
切削速度４０ｍ／ｍｉｎ
送り０．０５ｍｍ／刃
切り込み１２ｍｍｘ０．８ｍｍ
切削乾式（ｄｒｙ）切削
剥離が発生するまで切削を行った。逃げ面もしくはすくい面に幅で０．０５ｍｍ以上の皮膜剥離が発生した時点の切削長を表１に併記した。
【００１１】
表１より明らかなように、ＴｉＢＮもしくはＴｉＢＣＮを介在させたエンドミルは皮膜の密着性が良好でＨＲＣ６０の極めて硬い鋼の切削においても安定な切削を実現するものである。
【００１２】
実施例２
表２に示すコーティング条件でＪＩＳＰ４０相当の超硬インサートに本発明例と比較例のコーティングを行い次の切削条件にてフライス切削を行い皮膜が剥離するまでの切削長を求め、表２に併記する。
インサートＪＩＳＰ４０相当ＳＥＥ４２ＴＮ
被削材ＳＫＤ６１ＨＲＣ４２
切削速度１６０ｍ／ｍｉｎ
送り０．１ｍｍ／刃
切り込み２ｍｍ
切削乾式（ｄｒｙ）切削
【００１３】
【表２】

【００１４】
表２より明らかなように、ＴｉＢＮもしくはＴｉＢＣＮを介在させたインサートは皮膜の密着性が良好でＨＲＣ４２位の高硬度の鋼のミーリング加工においても極めて安定した切削を実現するものである。
【００１５】
実施例３
表３に示すコーティング条件にてＪＩＳＰ４０相当の超硬合金に本発明例並びに比較例に示すコーティングを行い、表２に示した切削評価を行った。本実施例においても、ＴｉＡｌＮの膜厚は３．０μｍとした。また、Ｔｉ金属のコーティングにおいては、窒素ガスの導入を止めて行った。
【００１６】
【表３】

【００１７】
表３に皮膜に剥離が発生し、欠損に至る寿命までの切削長を併記したが、Ｔｉ金属を介在させることにより、いっそうの寿命の向上が認められることが明らかである。コーティング条件は実施例２と同様である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、高能率切削においても、長寿命でかつ安定した切削を実現することが可能となった。特に、残留圧縮応力の低減により膜が剥離したり、チッピングが減少したため、正常な摩耗が得られたことによる。

Claims

ＴｉとＡｌの窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、窒硼化物、炭窒硼化物の一種以上からなる第一の硬質層を基体硬質合金に被覆した被覆硬質合金において、前記第一の硬質層と前記基体硬質合金との間に、Ｔｉの窒硼化物、炭窒硼化物より選ばれた少なくとも一種の第二の硬質層を介在させたことを特徴とする被覆硬質合金。
請求項１記載の被覆硬質合金において、前記第二の硬質層の層厚が０．０５μｍから５μｍであることを特徴とする被覆硬質合金。
請求項１又は２記載の被覆硬質合金において、前記基体硬質合金と前記第二の硬質層との間に、層厚で５ｎｍから５００ｎｍのＴｉ金属層を介在させたことを特徴とする被覆硬質合金。