JP4019244B2 - 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合に、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(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】
一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【0003】
さらに、従来、上記の切削工具として、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)下部層として、0.5〜15μmの平均層厚を有し、Tiの炭化物(以下、TiCで示す)層、窒化物(以下、同じくTiNで示す)層、炭窒化物(以下、TiCNで示す)層、炭酸化物(以下、TiCOで示す)層、および炭窒酸化物(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)中間層として、1〜15μmの平均層厚を有し、酸化アルミニウム(以下、Al2O3で示す)層、および例えば特開昭57−39168号公報や特開昭61−201778号公報に記載されるAl2O3の素地に酸化ジルコニウム(以下、ZrO2で示す)相が分散分布してなるAl2O3−ZrO2混合層(以下、Al2O3−ZrO2混合層と云う)のいずれか、または両方、
(c)表面層として、0.05〜2μmの平均層厚を有するTiN層、
以上(a)〜(c)で構成された硬質被覆層を3〜30μm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、この被覆超硬工具が、例えば各種低合金鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられていることも知られている。
また、上記の従来被覆超硬工具において、硬質被覆層の表面層を構成するTiN層は、自体が黄金色の表面色調を有することから、工具の使用前と使用後の識別を容易にするために設けられていることもよく知られるところである。
【0004】
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Ti化合物層や、Al2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層が粒状結晶組織を有し、かつ前記Al2O3層は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ており、さらに例えば特開平6−8010号公報や特開平7−328808号公報に記載されるように、上記被覆超硬工具の硬質被覆層を構成する前記Ti化合物層のうちのTiCN層を、層自身の靱性向上を目的として、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して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
【0005】
【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、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具において、特にこれの硬質被覆層の表面層を構成するTiN層は被削材である各種鋼に対する付着性の強いものであるため、特に高い発熱を伴う高速切削加工では、切粉が高温加熱されることと相まって前記TiN層に強力に付着し、前記TiN層を硬質被覆層から局部的に剥がし取るように作用するが、この場合前記TiN層は中間層であるAl2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層に対しても密着性のすぐれたものであることから、これらの中間層を含み、その他の構成層も前記TiN層と一緒に局部的に剥がし取られ、この結果刃先にチッピング(微小欠け)が発生し、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【0006】
【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、上記の硬質被覆層の表面層がTiN層で構成された従来被覆超硬工具に着目し、特にこれの高速切削加工条件下での耐チッピング性の向上を図るべく研究を行った結果、
(a)上記の従来被覆超硬工具の硬質被覆層を形成するに際して、中間層としてのAl2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層のいずれか、または両方を形成した後で、まず、表面下地層として、化学蒸着装置にて、反応ガス組成を、体積%で、
TiCl4:0.2〜10%、
AlCl3:0.05〜1%、
CO2:0.1〜10%、
Ar:5〜60%、
H2:残り、
とし、かつ、
反応雰囲気温度:800〜1100℃、
反応雰囲気圧力:4〜70kPa、
とした条件で、0.1〜3μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−WAlW)OZ、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で、
W:0.02〜0.15、
Z:1.25〜1.90、
を満足するTiとAlの複合酸化物層、
を形成し、このTiとAlの複合酸化物層の上に、表面層として、通常の条件、即ち、反応ガス組成を、体積%で、
TiCl4:0.2〜10%、
N2:4〜60%、
H2:残り、
とし、かつ、
反応雰囲気温度:800〜1100℃、
反応雰囲気圧力:4〜90kPa、
とした条件で、0.05〜2μmの平均層厚を有するTiN層を形成すると、この表面層形成時に上記表面下地層を構成するTiとAlの複合酸化物層の酸素が拡散してきてTi窒酸化物層が形成されるようになり、この場合前記Ti窒酸化物層形成後の表面下地層は、
組成式:(Ti1−WAlW)OX、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
W:0.02〜0.15、
X:1.2〜1.7、
を満足するTiとAlの複合酸化物層、
となり、一方前記表面層は、同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、拡散酸素の割合がTiに対する原子比で0.01〜0.4、即ち、
組成式:TiN1−Y(O)Y、
で表わした場合[ただし、(O)は上記表面下地層からの拡散酸素を示す]、
Y:Tiに対する原子比で0.01〜0.4、
を満足するTi窒酸化物層となり、この結果の上記Ti窒酸化物層およびTiとAlの複合酸化物層が硬質被覆層の表面層および表面下地層として化学蒸着された被覆超硬工具においては、前記表面下地層が、材質的に同種の前記表面層とは勿論のこと、これに含有するAlの作用で硬質被覆層の中間層を構成するAl2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層のいずれに対しても強固に密着すると共に、特に前記Ti窒酸化物層が、上記TiN層と同等の黄金色の表面色調を具備するため、工具の使用前後の識別を可能とし、かつ被削材である各種鋼に対する付着性のきわめて低いものであるため、高熱発生を伴う高速切削加工にも高温加熱された切粉が付着することがなくなることから、切刃のチッピング発生が著しく抑制され、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。
(b)上記(a)の被覆超硬工具の硬質被覆層の表面下地層を構成するTiとAlの複合酸化物層においては、中間層を構成するAl2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層との界面部ではTiに比して相対的にAlの含有割合を高くし、かつ表面層を構成するTiN層との界面部では反対にAlに比してTiの含有割合を高くすると、前記中間層および表面層に対する密着性がさらに一段と向上するようになることから、前記Al2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層からなる中間層との界面部ではTiに比して相対的にAlの含有割合を高く、一方表面層との界面部では反対にAlに比してTiの含有割合を高くする成分濃度勾配を厚さ方向に連続的および/または断続的に形成するのが望ましいこと。
以上(a)および(b)に示される研究結果が得られたのである。
【0007】
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)下部層として、0.5〜15μmの平均層厚を有し、TiC層、TiN層、TiCN層、TiCO層、およびTiCNO層のうちの1種または2種以上からなるTi化合物層、
(b)中間層として、1〜15μmの平均層厚を有する、Al2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層のいずれか、または両方、
(c)表面下地層として、0.1〜3μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−WAlW)OX、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
W:0.02〜0.15、
X:1.2〜1.7、
を満足するTiとAlの複合酸化物層、
(d)表面層として、0.05〜2μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:TiN1−Y(O)Y、
で表わした場合[ただし、(O)は上記表面下地層からの拡散酸素を示す]、同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、
Y:Tiに対する原子比で0.01〜0.4、
を満足するTi窒酸化物層、
以上(a)〜(d)で構成された硬質被覆層を3〜30μmの全体平均層厚で化学蒸着してなる、耐チッピング性のすぐれた被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【0008】
この発明の被覆超硬工具において、硬質被覆層の表面層を構成するTi窒酸物層の拡散酸素の割合(Y値)をTiに対する原子比で0.01〜0.40としたのは、その値が0.01未満では切粉に対する付着性抑制に所望の効果を確保することができず、一方その値が0.40を越えると、層中に気孔が形成され易くなり、健全な表面層の安定的形成が難しくなるという理由によるものである。
【0009】
また、同じく表面層を構成するTi窒酸化物層は、上記の通り、まず、表面下地層として、酸素の(Ti+Al)に対する割合を原子比で1.25〜1.90(Z値)としたTiとAlの複合酸化物層を形成し、ついで前記表面下地層の上に通常の条件でTiN層を蒸着することにより形成されるものであり、したがって前記TiN層形成時における前記表面下地層からの酸素の拡散が不可欠となるが、前記表面下地層におけるZ値が1.25未満であると、前記TiN層への酸素の拡散反応が急激に低下し、表面層における拡散酸素の割合(Y値)をTiに対する原子比で0.01以上にすることができず、一方同Z値が1.90を越えると、前記表面層における拡散酸素の割合がTiに対する原子比で0.40を越えて多くなってしまうことから、Z値を1.25〜1.90と定めたものであり、この場合表面層形成後の表面下地層における酸素の割合(X値)は(Ti+Al)に対する原子比で1.2〜1.7の範囲内の値をとるようになる、言い換えれば表面層形成後の表面下地層のX値が1.2〜1.7を満足する場合に、前記表面層のY値は0.01〜0.40を満足するものとなるのである。
さらに、上記TiとAlの複合酸化物層からなる表面下地層においては、上記の通りAl2O3層および/またはAl2O3−ZrO2混合層の中間層との界面部では相対的にAlの含有割合を高く、一方Ti窒酸化物層の表面層との界面部では反対にTiの含有割合を高くすることにより、これら中間層および表面層に対する密着性が一段と向上したものになるのであるから、厚さ方向中心部における0.02〜0.15のW値を中心として、これより下側は相対的にW値を高く、上側は相対的にW値を低くした成分濃度勾配を厚さ方向に連続的および/または断続的に形成するのが望ましい。
【0010】
さらに、同じく硬質被覆層を構成する表面層および表面下地層の平均層厚を、それぞれ0.05〜2μmおよび0.1〜3μmとしたのは、その平均層厚が0.05μm未満および0.1μm未満では、前者にあっては所望の表面色調(黄金色)を確保することができず、また後者にあっては表面層への酸素供給が不十分になり、一方前者の色調付与作用は2μm、後者の酸素供給作用は3μmの平均層厚で十分満足に行うことができるという理由にもとづくものである。
【0011】
また、下部層および中間層の平均層厚をそれぞれ0.5〜15μmおよび1〜15μmとしたのは、前者の下部層(Ti化合物層)の平均層厚が0.5μm未満になると、切刃にチッピングが発生し易くなり、一方後者の中間層(Al2O3層 およびAl2O3−ZrO2混合層)の平均層厚が1μm未満になると、特に切刃の逃げ面摩耗の進行が促進するようになり、また前者の平均層厚が15μmを越えると、耐摩耗性が急激に低下するようになり、一方後者の平均層厚が15μmを越えると、切刃にチッピングが発生し易くなるという理由によるものである。
さらに、硬質被覆層の全体平均層厚を3〜30μmとしたのは、その層厚が3μmでは所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が30μm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によるものである。
【0012】
【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。
(実施例1)
原料粉末として、いずれも0.5〜4μmの範囲内の所定の平均粒径を有するWC粉末、(Ti,W)C(重量比で、以下同じ、TiC/WC=30/70)粉末、(Ti,W)CN(TiC/TiN/WC=24/20/56)粉末、(Ta,Nb)C(TaC/NbC=90/10)粉末、Cr3C2粉末、および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、100MPaの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を6Paの真空中、1300〜1500℃の範囲内の所定温度に1時間保持の条件で真空焼結することによりISO・CNMG120408に規定するスローアウエイチップ形状をもった超硬基体(チップ)A〜Fをそれぞれ製造した。
【0013】
ついで、これらの超硬基体(チップ)A〜Fの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、表2、3(表2中のl−TiCNは特開平6−8010号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつTiCN層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである)に示される条件にて、表4に示される組成および目標層厚のTi化合物層(下部層)、Al2O3層および/またはAl2O3−ZrO2混合層(中間層)、さらに拡散酸素供給用TiとAlの複合酸化物層(表面下地層)および拡散酸素含有のTi窒酸化物層(表面層)からなる硬質被覆層を形成することにより図1(a)に概略斜視図で、同(b)に概略縦断面図で示される形状をもった本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ(以下、本発明被覆超硬チップと云う)1〜10をそれぞれ製造した。
【0014】
また、比較の目的で、表5に示される通り、拡散酸素供給用TiとAlの複合酸化物層(表面下地層)および拡散酸素含有のTi窒酸化物層(表面層)の形成を行なわず、これに代って表面層としてTiN層を形成する以外は同一の条件で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ(以下、従来被覆超硬チップと云う)1〜10をそれぞれ製造した。
【0015】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ1〜10の硬質被覆層を構成する表面層および表面下地層について、その厚さ方向中央部の酸素含有割合(Y値およびX値)をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、表6に示される値を示した。
なお、上記表面下地層の厚さ方向中央部のAl含有割合(W値)を同じくオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、表3に示される目標値と実質的に同じ値を示した。
さらに、上記の本発明被覆超硬チップ1〜10および従来被覆超硬チップ1〜10のそれぞれの硬質被覆層の構成層の層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、それぞれ目標層厚と実質的に同じ平均層厚(5点平均)を示した。
なお、上記の目標値と実測値の関係は以下の実施例2、3でも同じ結果を示した。
【0016】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ1〜10および従来被覆超硬チップ1〜10について、これを工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材:JIS・SCM440の丸棒、
切削速度:350m/min.、
切り込み:1.5mm、
送り:0.25mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、並びに、
被削材:JIS・SNCM439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:0.3mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件での合金鋼の乾式高速断続旋削加工試験を行い、いずれの旋削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表6に示した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】
【0021】
【表5】
【0022】
【表6】
【0023】
(実施例2)
原料粉末として、平均粒径:5.5μmを有する中粗粒WC粉末、同0.8μmの微粒WC粉末、同1.3μmのTaC粉末、同1.2μmのNbC粉末、同1.2μmのZrC粉末、同2.3μmのCr3C2粉末、同1.5μmのVC粉末、同1.0μmの(Ti,W)C粉末、同1.8μmのCo粉末、および同1.2μmの炭素(C)粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表7に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、100MPaの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、6Paの真空雰囲気中、7℃/分の昇温速度で1370〜1470℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に1時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が8mm、13mm、および26mmの3種の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表7に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ6mm×13mm、10mm×22mm、および20mm×45mmの寸法をもった超硬基体(エンドミル)a〜hをそれぞれ製造した。
【0024】
ついで、これらの超硬基体(エンドミル)a〜hの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、同じく表2、3に示される条件にて、表8に示される組成および目標層厚のTi化合物層(下部層)、Al2O3層および/またはAl2O3−ZrO2混合層(中間層)、さらに拡散酸素供給用TiとAlの複合酸化物層(表面下地層)および拡散酸素含有のTi窒酸化物層(表面層)からなる硬質被覆層を形成することにより、図2(a)に概略正面図で、同(b)に切刃部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル(以下、本発明被覆超硬エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0025】
また、比較の目的で、表9に示される通り、上記の拡散酸素含有のTi窒酸化物層(表面層)および拡散酸素供給用のTiとAiの複合酸化物層(表面下地層)に代って、TiN層(表面層)を形成する以外は同一の条件で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製エンドミル(以下、従来被覆超硬エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0026】
この結果得られた本発明被覆超硬エンドミル1〜8の硬質被覆層を構成する表面層および表面下地層について、その厚さ方向中央部の酸素含有割合(Y値およびX値)をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、表8に示される値を示した。
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル1〜8および従来被覆超硬エンドミル1〜8のうち、本発明被覆超硬エンドミル1〜3および従来被覆超硬エンドミル1〜3については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度:80m/min.、
溝深さ(切り込み):2mm、
テーブル送り:550mm/分、
の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル4〜6および従来被覆超硬エンドミル4〜6については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度:90m/min.、
溝深さ(切り込み):5mm、
テーブル送り:600mm/分、
の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル7,8および従来被覆超硬エンドミル7,8については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM415の板材、
切削速度:90m/min.、
溝深さ(切り込み):10mm、
テーブル送り:600mm/分、
の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験でも切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされる0.2mm減少するまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表8、9にそれぞれ示した。
【0027】
【表7】
【0028】
【表8】
【0029】
【表9】
【0030】
(実施例3)
上記の実施例2で製造した直径が8mm(超硬基体a〜c形成用)、13mm(超硬基体d〜f形成用)、および26mm(超硬基体g、h形成用)の3種の丸棒焼結体を用い、この3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ4mm×13mm(超硬基体a‘〜c’)、8mm×22mm(超硬基体d‘〜f’)、および16mm×45mm(超硬基体g‘、h’)の寸法をもった超硬基体(ドリル)a‘〜h’をそれぞれ製造した。
【0031】
ついで、これらの超硬基体(ドリル)a‘〜h’の表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置を用い、同じく表2、3に示される条件にて、表10に示される組成および目標層厚のTi化合物層(下部層)、Al2O3層および/またはAl2O3−ZrO2混合層(中間層)、さらに拡散酸素供給用のTiとAlの複合酸化物層(表面下地層)および拡散酸素含有のTi窒酸化物層(表面層)からなる硬質被覆層を形成することにより、図3(a)に概略正面図で、同(b)に溝形成部の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル(以下、本発明被覆超硬ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0032】
また、比較の目的で、表11に示される通り、上記の拡散酸素含有のTi窒酸化物層(表面層)および拡散酸素供給用のTiとAlの複合酸化物層(表面下地層)に代って、TiN層(表面層)を形成する以外は同一の条件で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ドリル(以下、従来被覆超硬ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0033】
この結果得られた本発明被覆超硬ドリル1〜8の硬質被覆層を構成する表面層および表面下地層について、その厚さ方向中央部の酸素含有割合(Y値およびX値)をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、表10に示される値を示した。
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル1〜8および従来被覆超硬ドリル1〜8のうち、本発明被覆超硬ドリル1〜3および従来被覆超硬ドリル1〜3については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度:50m/min.、
送り:0.3mm/分、
の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル4〜6および従来被覆超硬ドリル4〜6については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、
切削速度:60m/min.、
送り:0.3mm/分、
の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル7,8および従来被覆超硬ドリル7,8については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM415の板材、
切削速度:70m/min.、
送り:0.4mm/分、
の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの湿式(水溶性切削油使用)高速穴あけ切削加工試験でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.3mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表10、11にそれぞれ示した。
【0034】
【表10】
【0035】
【表11】
【0036】
【発明の効果】
表4〜11に示される結果から、硬質被覆層の表面層がTiN層の形成時に表面下地層から拡散してきた酸素と反応して形成されたTi窒酸化物層で構成された本発明被覆超硬工具は、いずれも高い発熱を伴う鋼の高速切削加工でも、同じく硬質被覆層を構成するTiとAlの複合酸化物層(表面下地層)がAl2O3層およびAl2O3−ZrO2混合層(中間層)、さらに前記Ti窒酸化物層(表面層)に対して強固に密着し、かつ前記Ti窒酸化物層(表面層)の高温加熱の切粉に対する親和性がきわめて低く、切粉が前記Ti窒酸化物層に付着することがないことから、切刃にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層の表面層がTiN層で構成された従来被覆超硬工具においては、いずれも切粉が前記TiN層に付着し易く、前記TiN層が他の構成層とともに前記切粉によって剥がし取られることから、切刃にチッピングの発生し易く、これが原因で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、使用前後の識別工具の特に各種鋼や鋳鉄などの高速切削加工での実用を可能とするものであり、かつ実用に際しては切刃にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は被覆超硬チップの概略斜視図、(b)は被覆超硬チップの概略縦断面図である。
【図2】(a)は被覆超硬エンドミル概略正面図、(b)は同切刃部の概略横断面図である。
【図3】(a)は被覆超硬ドリルの概略正面図、(b)は同溝形成部の概略横断面図である。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、
(a)下部層として、0.5〜15μmの平均層厚を有し、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上の複層からなるTi化合物層、
(b)中間層として、1〜15μmの平均層厚を有する、酸化アルミニウム層および酸化アルミニウムの素地に酸化ジルコニウム相が分散分布してなる酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム混合層のいずれか、または両方、
(c)表面下地層として、0.1〜3μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−WAlW)OX、
で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、いずれも原子比で
W:0.02〜0.15、
X:1.2〜1.7、
を満足するTiとAlの複合酸化物層、
(d)表面層として、0.05〜2μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:TiN1−Y(O)Y、
で表わした場合[ただし、(O)は上記表面下地層からの拡散酸素を示す]、同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、
Y:Tiに対する原子比で0.01〜0.4、
を満足するTi窒酸化物層、
以上(a)〜(d)で構成された硬質被覆層を3〜30μmの全体平均層厚で化学蒸着してなる、耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。
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