JP4867572B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4867572B2 JP4867572B2 JP2006286714A JP2006286714A JP4867572B2 JP 4867572 B2 JP4867572 B2 JP 4867572B2 JP 2006286714 A JP2006286714 A JP 2006286714A JP 2006286714 A JP2006286714 A JP 2006286714A JP 4867572 B2 JP4867572 B2 JP 4867572B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- carbonitride
- hard coating
- phase
- cutting
- 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
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
(a)下部層が、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2層以上からなり、かつ3〜20μmの合計平均層厚を有する化学蒸着により形成されたTi化合物層、
(b)上部層が、1〜15μmの平均層厚を有し形成された酸化アルミニウム(以下、Al2O3で示す)層、
からなる化学蒸着により硬質被覆層を形成してなる被覆工具において、上記Ti化合物層におけるTiの一部を10原子%以下程度のCrで置換することによって、切削工具特性を向上させるようにした被覆工具が知られている。
(a)従来被覆工具の硬質被覆層において、下部層を構成するTi化合物層のうちの(Ti,Cr)CN層(以下、「従来Ti系CN層」という)は、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成:容量%で、TiCl4:3〜10%、CrF5:0.1〜0.4%、CH3CN:0.5〜3%、N2:20〜40%、H2:残り、
反応雰囲気温度:800〜900℃、
反応雰囲気圧力:6〜20kPa、
の条件(通常条件という)で蒸着形成されるが、
反応ガス組成:容量%で、TiCl4:2〜10%、CrCl3:0.02〜1.0%、CH3CN:1〜4%、N2:10〜30%、H2:残り、
反応雰囲気温度:800〜900℃、
反応雰囲気圧力:6〜20kPa、
の条件、すなわち上記の通常条件に比して、反応ガス成分の一つであるCrF5にかえて少量のCrCl3を加えた条件で、さらに、間歇的に、反応雰囲気をAr(5〜15容量%)とH2ガス雰囲気に切り替え、同時に、反応雰囲気圧力を15〜40kPaと相対的に高くした状態で、該反応ガス中へのCrCl3添加量を増量してCrCl3の含有割合を2〜5容量%とした反応ガス雰囲気中(CrCl3:2〜5容量%、Ar:5〜15容量%、H2:残り)で蒸着すると、
蒸着形成されるTi系CN層は、マトリックス相の結晶粒界に析出相が分散析出した組織を有し、そして、
上記マトリックス相は、
組成式:(Ti1−XCrX)CN
で表した場合、X=0.01〜0.10(但し、原子比)を満足するCr含有割合のTiとCrの複合炭窒化物であり、また、
上記析出相は、
組成式:(Ti1−YCrY)CN
で表した場合、Y=0.2〜0.8(但し、原子比)を満足するCr含有割合のTiとCrの複合炭窒化物であって、しかも、平均粒子サイズ0.01〜0.2μmの析出相として、結晶粒界に不連続(島状)に分散析出しているTiとCrの複合炭窒化物層であり、この結果のTi系炭窒化物層(以下、「改質Ti系CN層」で示す)は、その層の高温硬さと高温強度のいずれもが、上記の従来Ti系CN層に比べるとすぐれたものであること。
以上(a)、(b)に示される研究結果を得たのである。
「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工具基体の表面に下部層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
(a)上記下部層は、3〜20μmの合計平均層厚を有する蒸着で形成された密着性Ti化合物層と改質Ti系炭窒化物層とからなり、
(b)上記密着性Ti化合物層は、0.5〜5μmの合計平均層厚を有する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層以上からなり、
(c)上記改質Ti系炭窒化物層は、2.5〜15μmの平均層厚を有し、かつ、マトリックス相と析出相からなる組織を有し、
上記マトリックス相は、
組成式:(Ti1−XCrX)CN
で表した場合、X=0.01〜0.10(但し、原子比)を満足するCr含有割合のTiとCrの複合炭窒化物であり、また、
上記析出相は、
組成式:(Ti1−YCrY)CN
で表した場合、Y=0.2〜0.8(但し、原子比)を満足するCr含有割合のTiとCrの複合炭窒化物であって、かつ、平均粒子サイズ0.01〜0.2μmの析出相として、結晶粒界に不連続(島状)に分散析出していること、
(d)上記上部層は、蒸着で形成された1〜15μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
からなることを特徴とする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。」
に特徴を有するものである。
(a)下部層の密着性Ti化合物層
密着性Ti化合物層は、工具基体、改質Ti系CN層および上部層であるAl2O3層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつが、その合計平均層厚が0.5μm未満では、所望のすぐれた密着性を確保することができず、一方前記密着性は5μmまでの合計平均層厚で充分であることから、その合計平均層厚を0.5〜5μmと定めた。
改質Ti系CN層は、反応ガス成分の一つとして少量のCrCl3を加えた反応ガス雰囲気中で、TiとCrの複合炭窒化物層を蒸着形成する過程において、間歇的に反応条件を変更(即ち、間歇的に、反応雰囲気圧力を相対的に高くした状態で、反応ガス組成を5〜15容量%Ar−H2のガス組成に切り替え、同時に、該反応ガス中へのCrCl3添加量を増量し、CrCl3:2〜5容量%、Ar:5〜15容量%、H2:残りとなる反応ガス組成に変更)した状態で蒸着すると、
蒸着形成される改質Ti系炭窒化物層は、2.5〜15μmの平均層厚を有し、かつ、マトリックス相と析出相からなる組織を有し、
上記マトリックス相は、
組成式:(Ti1−XCrX)CN
で表した場合、X=0.01〜0.10(但し、原子比)を満足するCr含有割合のTiとCrの複合炭窒化物であり、また、
上記析出相は、
平均粒子サイズ0.01〜0.2μmの析出相として、結晶粒界に不連続(島状)に分散析出し、
組成式:(Ti1−YCrY)CN
で表した場合、Y=0.2〜0.8(但し、原子比)を満足するCr含有割合の、相対的にCrリッチなTiとCrの複合炭窒化物である改質Ti系CN層が蒸着形成される。
したがって、組成式:(Ti1−XCrX)CNで表した場合のマトリックス相における、Tiとの合量に占めるCrの含有割合X(=Cr/(Ti+Cr))を、0.01〜0.10(但し、原子比)の範囲に定めた。
したがって、組成式:(Ti1−YCrY)CNで表した場合の析出相における、Tiとの合量に占めるCrの含有割合Y(=Cr/(Ti+Cr))を、0.2〜0.8(但し、原子比)の範囲に定めた。
さらに、析出相の平均粒子サイズが、0.01μm未満では、化学蒸着により形成された改質Ti系CN層中の引張残留応力緩和効果が極めて小さく、一方、析出相の平均粒子サイズが0.2μmを超えると、マトリックス相界面における脆化あるいは析出相の粗大化が生じやすくなるので、析出相の平均粒子サイズを0.01〜0.2μmの範囲に定めた。
Al2O3層は、それ自身の有するすぐれた高温硬さと耐熱性により、硬質被覆層にすぐれた耐摩耗性を付与せしめるが、その平均層厚が1μm未満では、前記特性を十分に発揮することができず、一方、平均層厚が15μmを超えると、高速断続切削条件下では、切刃部にチッピングを発生しやすくなることから、その平均層厚を1〜15μmと定めた。
Al2O3の代表的な結晶構造として、特にすぐれた高温硬さと耐熱性を備えるα型−Al2O3の他、これに比べて相対的に高温硬さは低いが、高温強度が高いκ型−Al2O3等があるが、この発明では、Al2O3層の結晶構造については特に規定せず、α型−Al2O3層とκ型−Al2O3層等のいずれをも用いることができる。
なお、改質Ti系CN層を蒸着形成するにあたって、間歇的に蒸着条件を変更(即ち、反応ガス組成を5〜15容量%Ar−H2のガス組成に切り替え、反応雰囲気圧力を相対的に高くした状態で、反応ガス組成を、「CrCl3:2〜5容量%、Ar:5〜15容量%、H2:残り」へと変更)して析出相((Ti1−YCrY)CN相)を蒸着形成することが必要となるが、蒸着条件を切り替える条件変更周期、析出相蒸着のための蒸着継続時間等の具体的な析出相形成条件(イ)〜(ト)については表4に示す。
被削材:JIS・SNCM439(硬さ:HB310)の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 270 m/min、
切り込み: 3 mm、
送り: 0.3 mm/rev、
切削時間: 5 分、
の条件(切削条件Aという)での合金鋼の乾式断続高速切削試験(通常の切削速度は、120m/min)、
被削材:JIS・SCr445(硬さ:HB325)の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 250 m/min、
切り込み: 3 mm、
送り: 0.3 mm/rev、
切削時間: 5 分、
の条件(切削条件Bという)での合金鋼の乾式断続高速切削試験(通常の切削速度は、120m/min)、
被削材:JIS・SCM440(硬さ:HB320)の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 260 m/min、
切り込み: 3 mm、
送り: 0.3 mm/rev、
切削時間: 5 分、
の条件(切削条件Cという)での合金鋼の乾式断続高速切削試験(通常の切削速度は、120m/min)を行い、
いずれの切削試験(水溶性切削油使用)でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表7に示した。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に下部層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
(a)上記下部層は、3〜20μmの合計平均層厚を有する蒸着で形成された密着性Ti化合物層と改質Ti系炭窒化物層とからなり、
(b)上記密着性Ti化合物層は、0.5〜5μmの合計平均層厚を有する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層以上からなり、
(c)上記改質Ti系炭窒化物層は、2.5〜15μmの平均層厚を有し、かつ、マトリックス相と析出相からなる組織を有し、
上記マトリックス相は、
組成式:(Ti1−XCrX)CN
で表した場合、X=0.01〜0.10(但し、原子比)を満足するCr含有割合のTiとCrの複合炭窒化物であり、また、
上記析出相は、
組成式:(Ti1−YCrY)CN
で表した場合、Y=0.2〜0.8(但し、原子比)を満足するCr含有割合のTiとCrの複合炭窒化物であって、かつ、平均粒子サイズ0.01〜0.2μmの析出相として、結晶粒界に不連続(島状)に分散析出していること、
(d)上記上部層は、蒸着で形成された1〜15μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
からなることを特徴とする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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006286714A JP4867572B2 (ja) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006286714A JP4867572B2 (ja) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | 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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008100336A JP2008100336A (ja) | 2008-05-01 |
JP4867572B2 true JP4867572B2 (ja) | 2012-02-01 |
Family
ID=39435043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006286714A Expired - Fee Related JP4867572B2 (ja) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4867572B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10244405A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-09-14 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
JP2002129306A (ja) * | 2000-10-25 | 2002-05-09 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 分散強化された複合硬質膜およびこれを被覆した工具 |
JP4863071B2 (ja) * | 2006-10-25 | 2012-01-25 | 三菱マテリアル株式会社 | 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 |
-
2006
- 2006-10-20 JP JP2006286714A patent/JP4867572B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008100336A (ja) | 2008-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5321094B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
EP1548154A2 (en) | Surface-coated cermet cutting tool with hard coating layer having excellend chipping resistance | |
JP3972299B2 (ja) | 高速重切削で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 | |
JP6853450B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5170828B2 (ja) | 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 | |
JP5003308B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5023896B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP4863071B2 (ja) | 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 | |
JP4849234B2 (ja) | 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 | |
JP6853449B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2019155569A (ja) | 硬質被覆層が優れた耐酸化性・耐溶着性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4867572B2 (ja) | 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 | |
JP4849233B2 (ja) | 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 | |
JP5077648B2 (ja) | 硬質被覆層が難削材の高速切削加工ですぐれた耐チッピング性および耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 | |
JP5170830B2 (ja) | 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と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5170829B2 (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切削工具 | |
JP5088481B2 (ja) | 重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 | |
JP5569739B2 (ja) | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具 | |
JP5077759B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5077758B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP4193053B2 (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 | |
JP5110377B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2010274330A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP4235904B2 (ja) | 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切削工具 | |
JP2010207930A (ja) | 表面被覆切削工具 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090331 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110928 |
|
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: 20111018 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111031 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4867572 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141125 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |