JP4609631B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
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Description
装置内加熱温度:300〜500℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧:−600〜−1000V、
カソード電極:金属チタン(Ti)、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流:60〜100A
処理時間:1〜10分、
の条件で、超硬基体の表面をTiボンバード洗浄処理した状態で、ヒータで装置内を、例えば500℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するAl−Ti合金がセットされたカソード電極(蒸発源)との間に、例えば電流:90Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば2Paの反応雰囲気とし、一方上記超硬基体には、例えば−100Vのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬基体の表面に、上記(Al,Ti)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
(a)図4に示されるアークイオンプレーティング装置を用い、上記の従来の超硬基体表面に対するTiボンバード洗浄処理に代って、
装置内加熱温度:300〜500℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧:−600〜−1000V、
カソード電極:金属タングステン(W)、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流:60〜100A、
処理時間:1〜10分、
の条件で、超硬基体表面をWボンバード処理する基体表面改質処理を施した状態で、通常の条件で、硬質被覆層として上記の組成式:(Al1-X TiX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.45を示す)を満足する(Al,Ti)N層を形成すると、この結果形成された(Al,Ti)N層は長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上(a)〜(c)に示される研究結果を得たのである。
装置内加熱温度:300〜500℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧:−600〜−1000V、
カソード電極:金属タングステン(W)、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流:60〜100A、
処理時間:1〜10分、
の条件で、Wボンバード処理(基体表面改質処理)を施した状態で、硬質被覆層として、
組成式:(Al1-X TiX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.45を示す)を満足し、かつ、1〜15μmの平均層厚を有する(Al,Ti)N層を蒸着形成してなり、
さらに、上記硬質被覆層を構成する(Al,Ti)N層は、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を0.1μm/stepの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{100}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、15.50〜23.50度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、15〜27度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の45〜65%の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示してなる、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
装置内加熱温度:500℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧:−800V、
カソード電極:金属Ti、
アーク放電電流:60〜100Aの範囲内の所定の電流、
処理時間:5分、
の条件で、超硬基体の表面をTiボンバード洗浄処理する以外は同一の条件で(Al,Ti)N層を蒸着することにより、表4に示される通りの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。
被削材:JIS・SNCM439の丸棒、
切削速度:200m/min.、
切り込み:1.5mm、
送り:0.3mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件での合金鋼の乾式連続切削加工試験、
被削材:JIS・S45Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:180m/min.、
切り込み:1.2mm、
送り:0.25mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件での炭素鋼の乾式断続切削加工試験、さらに、
被削材:JIS・FC300の丸棒、
切削速度:220m/min.、
切り込み:1.2mm、
送り:0.25mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件での鋳鉄の乾式連続切削加工試験を行い、いずれの切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5に示した。
また、別途、上記超硬基体(エンドミル)とそれぞれ同じ組成をもち、かついずれも平面:12mm×12mm、厚さ:6mmの寸法をもった電界放出型走査電子顕微鏡による傾斜角度数分布グラフ作成用試験片を用意した。
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SKD61の板材、
切削速度:45m/min.、
溝深さ(切り込み):0.25mm、
テーブル送り:180mm/分、
の条件での工具鋼の乾式溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル3,4および従来被覆超硬エンドミル3,4については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S55Cの板材、
切削速度:100m/min.、
溝深さ(切り込み):2.5mm、
テーブル送り:600mm/分、
の条件での炭素鋼の乾式溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル5,6および従来被覆超硬エンドミル5,6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:110m/min.、
溝深さ(切り込み):0.4mm、
テーブル送り:300mm/分、
の条件での合金鋼の乾式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の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mmに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表7にそれぞれ示した。
また、同じく上記超硬基体(ドリル)とそれぞれ同じ組成を有し、かついずれも平面:12mm×12mm、厚さ:6mmの寸法をもった電界放出型走査電子顕微鏡による傾斜角度数分布グラフ作成用試験片も用意した。
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SKD61の板材、
切削速度:30m/min.、
送り:0.1mm/rev、
穴深さ:8mm
の条件での工具鋼の湿式穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル2〜4および従来被覆超硬ドリル2〜4については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・FC200の板材、
切削速度:60m/min.、
送り:0.25mm/rev、
穴深さ:16mm
の条件での鋳鉄の湿式穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル5および従来被覆超硬ドリル5については、
被削材:平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM435の板材、
切削速度:40m/min.、
送り:0.2mm/rev、
穴深さ:32mm
の条件での合金鋼の湿式穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式穴あけ切削加工試験(水溶性切削油使用)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8に示した。
また、これらの本発明被覆超硬工具および従来被覆超硬工具の(Al,Ti)N層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標値と実質的に同じ平均層厚(5点測定の平均値)を示した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の(Ti,Al)N層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に70度の入射角度で15kVの加速電圧の電子線を1nAの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、30×50μmの領域を0.1μm/stepの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{100}面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより作成した。
また表3、表4、表7、および表8には、上記の本発明被覆超硬工具および従来被覆超硬工具の(Ti,Al)N層の傾斜角度数分布グラフにおいて、15〜27度の範囲内の傾斜角区分に存在する傾斜角度数のグラフ全体の傾斜角度数に占める割合を示した。
なお、図2は、本発明被覆超硬チップ1の(Al,Ti)N層の傾斜角度数分布グラフ、図3は、従来被覆超硬チップ1の(Al,Ti)N層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された基体の表面に、アークイオンプレーティング装置を用いて、
装置内加熱温度:300〜500℃、
超硬基体に印加する直流バイアス電圧:−600〜−1000V、
カソード電極:金属タングステン(W)、
上記カソード電極とアノード電極間のアーク放電電流:60〜100A、
処理時間:1〜10分、
の条件で、Wボンバード処理(基体表面改質処理)を施した状態で、硬質被覆層として、
組成式:(Al1-X TiX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.45を示す)を満足し、かつ、1〜15μmの平均層厚を有するAlとTiの複合窒化物層を蒸着形成してなり、
さらに、上記硬質被覆層を構成するAlとTiの複合窒化物層は、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を0.1μm/stepの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である{100}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、15.50〜23.50度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、15〜27度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の45〜65%の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すこと、
を特徴とする硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
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