JP4697391B2 - 耐熱合金の高速切削で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
耐熱合金の高速切削で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 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4697391B2 JP4697391B2 JP2004348170A JP2004348170A JP4697391B2 JP 4697391 B2 JP4697391 B2 JP 4697391B2 JP 2004348170 A JP2004348170 A JP 2004348170A JP 2004348170 A JP2004348170 A JP 2004348170A JP 4697391 B2 JP4697391 B2 JP 4697391B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- cutting
- coated
- hard coating
- cemented carbide
- 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
Links
Images
Landscapes
- Drilling Tools (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
組成式:(Ti1-(X+Z)AlX BZ)N(ただし、原子比で、Xは0.25〜0.65、Z:0.01〜0.10を示す)を満足するTiとAlとB(ボロン)の複合窒化物[以下、(Ti,Al,B)Nで示す]層からなる硬質被覆層を1〜10μmの平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られており、かつ前記被覆超硬工具の硬質被覆層である(Ti,Al,B)N層が、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Tiによって高温強度を具備し、さらに同Bによる一段の高温硬さ向上効果と相俟って、これを各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている。
(a)上記従来被覆超硬工具の硬質被覆層である(Ti,Al,B)N層を下部層とし、これの上に上部層として硼化クロム(以下、CrB2で示す)層を形成すると、前記CrB2層は熱的安定性にすぐれ、特に被削材である耐熱合金の高速切削時に発生する高熱で高温加熱された状態でも前記被削材である耐熱合金との親和性がきわめて低く、低い反応性を保持することから、前記下部層である(Ti,Al,B)N層は保護され、この結果(Ti,Al,B)N層のもつすぐれた特性が長期に亘って十分に発揮されるようになること。
(b−2)上記の下部層形成後に、前記下部層形成用Ti−Al−B合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を継続したまま、装置内に窒素ガスに代えてArと窒素の混合ガスを導入し、同時に前記SP装置のカソード電極(蒸発源)として配置したCrB 2 焼結体にスパッタを発生させ、この状態で所定時間保持して、密着接合層としてTiとAlとCrの複合硼窒化物[以下、(Ti,Al,Cr)BN]で示す]層を0.1〜0.5μmの平均層厚で形成すると、上記の既に蒸着形成された下部層である(Ti,Al,B)N層と、この後で蒸着形成される上部層であるCrB 2 層との間にすぐれた密着接合性が確保されること。
以上(a)〜(c)に示される研究結果を得たのである。
(a)下部層として、上記AIP装置を用いて蒸着形成され、
組成式:(Ti1-(X+Z) AlX BZ)N(ただし、原子比で、Xは0.25〜0.65、Zは0.01〜0.10を示す)、
を満足し、0.8〜5μmの平均層厚を有する(Ti,Al,B)N層、
(b)密着接合層として、上記AIP装置とSP装置を同時に用いて蒸着形成された、0.1〜0.5μmの平均層厚を有する(Ti,Al,Cr)BN層、
(c)上部層として、上記SP装置を用いて蒸着形成された、0.8〜5μmの平均層厚を有するCrB2層、
以上(a)〜(c)からなる硬質被覆層で構成してなる、耐熱合金の高速切削で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。
(a)下部層の組成式のX値およびZ値、並びに平均層厚
下部層を構成する(Ti,Al,B)N層におけるAl成分には高温硬さと耐熱性を向上させ、一方同Ti成分には高温強度を向上させ、さらに同B成分にはAlとの共存において一段と高温硬さを向上させる作用があるが、Alの割合を示すX値がTiとBの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.25未満になると、相対的にTiの割合が多くなり過ぎて、高速切削に要求されるすぐれた高温硬さと耐熱性を確保することができなくなり、摩耗進行が急激に促進するようになり、一方Alの割合を示すX値が同0.65を越えると、相対的にTiの割合が少なくなり過ぎて、高温強度が急激に低下し、この結果切刃部にチッピング(微少欠け)などが発生し易くなることから、X値を0.25〜0.65と定めた。
また、Bの割合がを示すZ値がTiとAlの合量に占める割合で0.01未満では所望の高温硬さ向上効果が得られず、さらに同Z値が0.10を超えると、高温強度が急激に低下するようになることから、Z値を0.01〜0.10と定めた。
さらにその平均層厚が0.8μm未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が5μmを越えると、上記の耐熱合金の高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を0.8〜5μmと定めた。
上部層を構成するCrB2層は、上記の通り熱的にきわめて安定した性質を有し、高温加熱された被削材および切粉との反応性の著しく低い特性をもつものであるから、熱発生が著しい耐熱合金の高速切削でも、下部層である(Ti,Al,B)N層を前記高温加熱された被削材および切粉から保護し、これの摩耗進行を抑制する作用を発揮するが、その平均層厚が0.8μm未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方その平均層厚が5μmを越えて厚くなり過ぎると、チッピング発生の原因となることから、その平均層厚を0.8〜5μmと定めた。
さらに、硬質被覆層の上部層形成用カソード電極(蒸発源)として、0.8μmの平均粒径を有するCrB2粉末を温度:1500℃、圧力:20Pa、保持時間:3時間の条件でホットプレスして成形したCrB2焼結体を用意した。
(b)まず、装置内を排気して0.1Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ti−Al−B合金とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面を前記Ti−Al−B合金によってボンバード洗浄し、
(c)装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して3Paの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ti−Al−B合金とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に、表3に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al,B)N層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
(d)ついで、既に蒸着形成された上記の下部層である(Ti,Al,B)N層と、これから蒸着形成される上部層であるCrB2層との密着接合性を向上させる目的で、上記下部層形成用Ti−Al−B合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を継続したまま、装置内に窒素ガスに代えてArと窒素の混合ガス(N2:Ar=容積比で3:1)を導入して、装置内雰囲気を同じく3Paとし、同時に前記SP装置のカソード電極(蒸発源)として配置したCrB2焼結体に、3kWの出力でスパッタを発生させ、この状態を20分間保持して、密着接合層としての(Ti,Al,Cr)BN層をいずれも0.3μmの平均層厚(後述の実施例2,3の本発明被覆エンドミル1〜8および本発明被覆ドリル1〜8の硬質被覆層形成においても、密着接合層の平均層厚はいずれも0.3μmとした)で形成し、
(e)引き続いて、前記SP装置のカソード電極(蒸発源)として配置したCrB2焼結体のスパッタを同一条件(スパッタ出力:3kW)で続行しながら、前記装置内に導入するガスをArと窒素の混合ガスからArガスに代えると共に、装置内雰囲気を0.5Paとし、同時に上記下部層形成用Ti−Al−B合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、この条件で層厚に対応した時間スパッタリングを行い、同じく表3に示される目標層厚のCrB2層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成しすることにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬製スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。
被削材:質量%で、Co−23%Cr−6%Mo−2%Ni−1%Fe−0.6%Si−0.4%Cの組成を有するCo基合金の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:55m/min.、
切り込み:1.3mm、
送り:0.1mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件(切削条件A)でのCo基合金の乾式断続高速切削加工試験(通常の切削速度は30m/min.)、
被削材:質量%で、Ti−6%Al−4%Vの組成を有するTi基合金の丸棒
切削速度:75m/min.、
切り込み:1.5mm、
送り:0.2mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件(切削条件B)でのTi基合金の乾式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は40m/min.)、
被削材:質量%で、Ni−19%Cr−14%Co−4.5%Mo−2.5%Ti−2%Fe−1.2%Al−0.7%Mn−0.4%Siの組成を有するNi基合金の丸棒
切削速度:60m/min.、
切り込み:0.8mm、
送り:0.15mm/rev.、
切削時間:4分、
の条件(切削条件C)でのNi基合金の乾式連続高速切削加工試験(通常の切削速度は30m/min.)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。
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法、並びに質量%で、Co−20%Cr−20%Ni−4%Mo−4%W−4%Cd−3%Fe−1.5%Mn−0.7%Si−0.38%Cの組成をもったCo基合金の板材、
切削速度:45m/min.、
溝深さ(切り込み):2mm、
テーブル送り:250mm/分、
の条件でのCo基合金の乾式高速溝切削加工試験(通常の切削速度は25m/min.)、本発明被覆エンドミル4〜6および従来被覆エンドミル4〜6については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法、並びに質量%で、Ni−19%Cr−18.5%Fe−5.2%Cd−5%Ta−3%Mo−0.9%Ti−0.5%Al−0.3%Mn−0.05%Cu−0.04%Cの組成をもったNi基合金の板材、
切削速度:60m/min.、
溝深さ(切り込み):4mm、
テーブル送り:280mm/分、
の条件でのNi基合金の乾式高速溝切削加工試験(通常の切削速度は30m/min.)、本発明被覆エンドミル7,8および従来被覆エンドミル7,8については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法、並びに質量%で、Ti−3%Al−2.5%Vの組成をもったTi基合金の板材、
切削速度:50m/min.、
溝深さ(切り込み):7mm、
テーブル送り:160mm/分、
の条件でのTi基合金の乾式高速溝切削加工試験(通常の切削速度は20m/min.)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。
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法、並びに質量%で、Ti−3%Al−2.5%Vの組成をもったTi基合金の板材、
切削速度:45m/min.、
送り:0.25mm/rev、
穴深さ:7mm、
の条件でのTi基合金の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は20m/min.)、本発明被覆ドリル4〜6および従来被覆ドリル4〜6については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法、並びに質量%で、Co−20%Cr−15%W−10%Ni−1.5%Mn−1%Si−1%Fe−0.12%Cの組成をもったCo基合金の板材、
切削速度:50m/min.、
送り:0.1mm/rev、
穴深さ:16mm、
の条件でのCo基合金の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は25m/min.)、本発明被覆ドリル7,8および従来被覆ドリル7,8については、
被削材−平面:100mm×250mm、厚さ:50mmの寸法、並びに質量%で、Ni−19%Cr−14%Co−4.5%Mo−2.5%Ti−2%Fe−1.2%Al−0.7%Mn−0.4%Siの組成をもったNi基合金の板材、
切削速度:55m/min.、
送り:0.3mm/rev、
穴深さ:30mm、
の条件でのNi基合金の湿式高速穴あけ切削加工試験(通常の切削速度は30m/min.)、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速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にそれぞれ示した。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン系サーメットからなる超硬基体の表面に、硬質被覆層を物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、前記硬質被覆層を、アークイオンプレーティング装置とスパッタリング装置が共存する蒸着装置を用い、
(a)下部層として、上記アークイオンプレーティング装置を用いて蒸着形成され、
組成式:(Ti1-(X+Z) AlX BZ)N(ただし、原子比で、Xは0.25〜0.65、Zは0.01〜0.10を示す)、
を満足し、0.8〜5μmの平均層厚を有するTiとAlとB(ボロン)の複合窒化物層、
(b)密着接合層として、上記アークイオンプレーティング装置とスパッタリング装置を同時に用いて蒸着形成された、0.1〜0.5μmの平均層厚を有するTiとAlとCrの複合硼窒化物層、
(c)上部層として、上記スパッタリング装置を用いて蒸着形成された、0.8〜5μmの平均層厚を有する硼化クロム層、
以上(a)〜(c)からなる硬質被覆層で構成したことを特徴とする、耐熱合金の高速切削で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。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004348170A JP4697391B2 (ja) | 2004-12-01 | 2004-12-01 | 耐熱合金の高速切削で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 |
PCT/JP2004/019637 WO2005123312A1 (ja) | 2004-06-18 | 2004-12-28 | 表面被覆切削工具、及びその製造方法 |
EP04807992.5A EP1757388B1 (en) | 2004-06-18 | 2004-12-28 | Surface-coated cutware and process for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004348170A JP4697391B2 (ja) | 2004-12-01 | 2004-12-01 | 耐熱合金の高速切削で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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006150555A JP2006150555A (ja) | 2006-06-15 |
JP4697391B2 true JP4697391B2 (ja) | 2011-06-08 |
Family
ID=36629434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004348170A Expired - Fee Related JP4697391B2 (ja) | 2004-06-18 | 2004-12-01 | 耐熱合金の高速切削で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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4697391B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5995076B2 (ja) * | 2012-10-24 | 2016-09-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速断続切削加工で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切削工具 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5330853A (en) * | 1991-03-16 | 1994-07-19 | Leybold Ag | Multilayer Ti-Al-N coating for tools |
JPH06220571A (ja) * | 1992-08-31 | 1994-08-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具用の超硬合金及び被覆超硬合金 |
US6033768A (en) * | 1996-03-12 | 2000-03-07 | Hauzer Industries Bv | Hard material coating with yttrium and method for its deposition |
JP2002096206A (ja) * | 2000-09-19 | 2002-04-02 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
GB2378187A (en) * | 2001-08-01 | 2003-02-05 | Peter Albany Dearnley | Wear Resistant Metal Boride Coatings |
-
2004
- 2004-12-01 JP JP2004348170A patent/JP4697391B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5330853A (en) * | 1991-03-16 | 1994-07-19 | Leybold Ag | Multilayer Ti-Al-N coating for tools |
JPH06220571A (ja) * | 1992-08-31 | 1994-08-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具用の超硬合金及び被覆超硬合金 |
US6033768A (en) * | 1996-03-12 | 2000-03-07 | Hauzer Industries Bv | Hard material coating with yttrium and method for its deposition |
JP2002096206A (ja) * | 2000-09-19 | 2002-04-02 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
GB2378187A (en) * | 2001-08-01 | 2003-02-05 | Peter Albany Dearnley | Wear Resistant Metal Boride Coatings |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006150555A (ja) | 2006-06-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4645821B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で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 | |
JP4844880B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2008087114A (ja) | 耐熱合金の高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2008173756A (ja) | 耐熱合金の高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4756445B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP4844884B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2006334740A (ja) | 高反応性被削材の高速切削加工で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 | |
JP4771198B2 (ja) | 高反応性被削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP4621973B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削で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 | |
JP4697390B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削で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 | |
JP4844879B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4697391B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削で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 | |
JP4535255B2 (ja) | 高硬度鋼の高速切削加工で表面被覆層がすぐれた耐摩耗性および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の製造方法 | |
JP2008030159A (ja) | 耐熱合金の高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2008173752A (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2007152457A (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4697389B2 (ja) | 高速切削加工で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 | |
JP4621974B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削で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 | |
JP4645818B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で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 | |
JP2006051594A (ja) | 耐熱合金の高速重切削で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 | |
JP4621975B2 (ja) | 高速切削加工で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 | |
JP4120490B2 (ja) | 重切削加工で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サーメット製切削工具 | |
JP4683266B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で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 | |
JP4725770B2 (ja) | 高反応性被削材の高速切削加工で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 | |
JP4771200B2 (ja) | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071129 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20071226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101004 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101101 |
|
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: 20110202 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110215 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4697391 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |