JP5476842B2 - 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、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 - Google Patents
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、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5476842B2 JP5476842B2 JP2009181579A JP2009181579A JP5476842B2 JP 5476842 B2 JP5476842 B2 JP 5476842B2 JP 2009181579 A JP2009181579 A JP 2009181579A JP 2009181579 A JP2009181579 A JP 2009181579A JP 5476842 B2 JP5476842 B2 JP 5476842B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- cutting
- composition
- average
- coated
- 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
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims description 161
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 title claims description 27
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 290
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 85
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 21
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 11
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 37
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 33
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 21
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 11
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 11
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 11
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 11
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 11
- QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N alumanylidynechromium Chemical compound [Al].[Cr] QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 7
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 7
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 6
- 102200082907 rs33918131 Human genes 0.000 description 6
- 102220259718 rs34120878 Human genes 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000010730 cutting oil Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Drilling Tools (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
組成式:(Al1−αCrα)Nあるいは(Al1−α−βCrαSiβ)N(ただし、α、βは原子比を示す)、
を満足するAlとCrの複合窒化物[以下、(Al,Cr)Nで示す]層あるいはAlとCrとSiの複合窒化物[以下、(Al,Cr,Si)Nで示す]層からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆工具(以下、従来被覆工具という)が知られており、かかる従来被覆工具においては、硬質被覆層を構成する前記(Al,Cr)N層あるいは(Al,Cr,Si)N層が、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Crによって高温強度、さらにCrとAlの共存含有によって高温耐酸化性を有し、また、Siによって高温硬さを備えるようになることから、これを各種の一般鋼や普通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。
また、上記下部層および(Al,Cr)2O3層の成分として、それぞれ、Siを含有させたところ、(Al,Cr,Si)N層と(Al,Cr,Si)2O3層からなる硬質被覆層は、すぐれた高温硬さ、靭性に加え、すぐれた耐熱塑性変形性をも有するようになることがわかった。
「(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、中間層及び上部層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)下部層は、2〜10μmの平均層厚を有し、下部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−αCrα)N
で表した場合、0.25≦α≦0.45(但し、αは原子比)を満足するAlとCrの複合窒化物層、
(b)中間層は、1〜3μmの平均層厚を有し、中間層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−YCrY)2O3
で表した場合、0.25≦Y≦0.55(但し、Yは原子比)を満足するAlとCrの複合酸化物層、
(c)上部層は、0.3〜1μmの平均層厚を有し、上部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−YCrY)1−XOX
で表した場合、0<X≦0.2,0.25≦Y≦0.55(但し、X,Yはいずれも原子比)を満足し、さらに、上部層におけるO(酸素)含有割合は、中間層側から上部層表面に向かって減少する傾斜組成を有する組成傾斜型のAlとCrの複合酸化物層、
上記(a)〜(c)で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。
(2) 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、中間層及び上部層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、
(d) 下部層は、2〜10μmの平均層厚を有し、下部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−α−βCrαSiβ)N
で表した場合、0.25≦α≦0.45、0.01≦β≦0.10(但し、α,βはいずれも原子比)を満足するAlとCrとSiの複合窒化物層、
(e)中間層は、1〜3μmの平均層厚を有し、中間層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−Y−ZCrYSiZ)2O3
で表した場合、0.25≦Y≦0.55、0.01≦Z≦0.10(但し、Y,Zはいずれも原子比)を満足するAlとCrとSiの複合酸化物層、
(f) 上部層は、0.3〜1μmの平均層厚を有し、上部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−Y−ZCrYSiZ)1−XOX
で表した場合、0<X≦0.2,0.25≦Y≦0.55、0.01≦Z≦0.10(但し、X,Y,Zはいずれも原子比)を満足し、さらに、上部層におけるO(酸素)含有割合は、中間層側から上部層表面に向かって減少する傾斜組成を有する組成傾斜型のAlとCrとSiの複合酸化物層、
上記(d)〜(f)で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
(a)下部層を構成するAlとCr(とSi)の複合窒化物層((Al,Cr)N層,(Al,Cr,Si)N層):
(Al,Cr)N層あるいは(Al,Cr,Si)N層におけるAl成分には高温硬さと耐熱性を向上させ、Cr成分には高温強度を向上させ、さらにCrとAlの共存含有によって高温耐酸化性を向上させる作用があり、さらに、Si成分には高温硬さを高めるとともに耐熱塑性変形性を高める作用がある。
下部層を構成するAlとCr(とSi)の複合窒化物層の、下部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−αCrα)N
あるいは
組成式:(Al1−α−βCrαSiβ)N
で表した場合、Al(とSi)との合量に占めるCrの含有割合α(原子比、以下同じ)が0.25未満では、高速重切削加工において最小限必要とされる高温強度を確保することが困難となり、一方、Al(とSi)との合量に占めるCrの含有割合α(原子比)が0.45を越えると、相対的にAlの割合が少なくなり過ぎて、高温硬さの低下、耐熱性の低下が生じ、偏摩耗の発生、熱塑性変形の発生等により耐摩耗性が劣化するようになることから、Al(とSi)との合量に占めるCrの含有割合α(原子比)は、0.25〜0.45と定めた。
また、AlとCrとの合量に占めるSiの含有割合β(原子比、以下同じ)が0.01未満では、高速重切削加工において高温硬さ、耐熱塑性変形性の向上を期待することはできず、一方、AlとCrとの合量に占めるSiの含有割合β(原子比)が0.10を越えると、相対的にAlの割合が少なくなり過ぎて、高温硬さの低下傾向、耐熱性の低下傾向が生じ、偏摩耗の発生、熱塑性変形の発生等により耐摩耗性が劣化するようになることから、AlとCrとの合量に占めるSiの含有割合β(原子比)は、0.01〜0.10と定めた。
さらに、下部層の平均層厚が2μm未満では、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮することができず、工具寿命短命の原因となり、一方その平均層厚が10μmを越えると、高速重切削加工で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2〜10μmと定めた。
中間層を構成する(Al,Cr)2O3層あるいは(Al,Cr,Si)2O3層は、下部層、上部層のいずれに対しても密着性にすぐれるばかりか、すぐれた高温硬さと靭性を有する。
中間層を構成する(Al,Cr)2O3層あるいは(Al,Cr,Si)2O3層の中間層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−YCrY)2O3
あるいは
組成式:(Al1−Y−ZCrYSiZ)2O3
で表した場合、Crの含有割合Y(但し、原子比)が0.25未満であると、溶着性の高い被削材の高速重切削加工において、中間層が十分な耐摩耗性を発揮することができず、一方、Y(原子比)が0.55を超えると、中間層全体としての靭性が低下し、高熱下で切刃に作用する高負荷によって、欠損を発生しやすくなるので、中間層におけるCr含有割合Yを0.25≦Y≦0.55(原子比)と定めた。
また、Siの含有割合Z(原子比、以下同じ)が0.01未満では、高温硬さ、耐熱塑性変形性の向上は期待できず、一方、Siの含有割合Z(原子比)が0.10を越えると、中間層としての靭性が低下し、切刃に作用する高負荷によって欠損を生じ易くなることから、Siの含有割合Z(原子比)は、0.01〜0.10と定めた。
また、中間層の平均層厚が1μm未満では、長期の使用に亘って上記の優れた作用を発揮することができず、一方、平均層厚が3μmを超えると、切刃に作用する高負荷によって、欠損を生じやすくなるので、中間層の平均層厚は1〜3μmと定めた。
組成傾斜型のAlとCrの複合酸化物層(以下、中間層と区別するため、組成傾斜型(Al,Cr)2O3層という)あるいは組成傾斜型のAlとCrとSiの複合酸化物層(以下、組成傾斜型(Al,Cr,Si)2O3層という)は、軟鋼、ステンレス鋼などのように溶着性が高い被削材、合金鋼、ダイス鋼等の高硬度難削材の、特に、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して高負荷が作用する高送り、高切り込みの高速重切削加工における、硬質被覆層全体としての熱伝導性、熱放散性、潤滑性を改善するために設けられた上部層である。
上部層の表面近傍において、O(酸素)含有割合が低下するような組成傾斜型(Al,Cr)2O3層あるいは組成傾斜型(Al,Cr,Si)2O3層を上部層として形成すると、上部層表面は、熱伝導性、熱放散性、潤滑性に優れていることから、切刃に高負荷が作用する条件下での高熱発生によっても、溶着を生じやすい被削材の切粉等の溶着発生が防止され、その結果、高送り、高切り込みの高速重切削加工においても、すぐれた耐チッピング性を発揮するようになる。
組成式:(Al1−YCrY)1−XOX
あるいは
組成式:(Al1−Y−ZCrYSiZ)1−XOX
で表した場合、Al成分とCr成分(とSi成分)の合計含有量に対するO(酸素)含有割合X(但し、原子比)が、0.2を超えると、軟鋼、ステンレス鋼、合金鋼、ダイス鋼等の被削材との滑り性が低下傾向を示し、また、熱伝導性、熱放散性も低下傾向を示し、その結果、耐チッピング性の改善効果が充分発揮されなくなることから、O(酸素)含有割合X(但し、原子比)を0<X≦0.2と定めた。
しかも、上部層におけるO(酸素)含有割合が、中間層側から上部層表面に向かって減少する傾斜組成構造を採用することによって、上部層の高温硬さ、靭性等を著しく低下させることなしに、被削材とのすぐれた潤滑性を上部層表面で確保することが可能となる。
また、Al(とSi)との合量に占めるCrの含有割合Y(但し、原子比)が0.25未満では、中間層の場合と同様、高速重切削加工において、十分な耐摩耗性を発揮することができず、一方、Y(原子比)が0.55を超えると、上部層全体としての靭性が低下し、高熱下で切刃に作用する高負荷によって、欠損を発生しやすくなるので、上部層におけるCr含有割合Yを0.25≦Y≦0.55(原子比)と定めた。
また、AlとCrとの合量に占めるSiの含有割合Z(但し、原子比)が0.01未満では、薄層Bの場合と同様、高速重切削加工において、十分な耐熱塑性変形性を発揮することができず、一方、Z(原子比)が0.10を超えると、上部層としての靭性が低下し、高熱下で切刃に作用する高負荷によって、欠損を発生しやすくなるので、上部層におけるSi含有割合Zを0.01≦Z≦0.10(原子比)と定めた。
さらに、上記組成傾斜型(Al,Cr)2O3層、組成傾斜型(Al,Cr,Si)2O3層の平均層厚が0.3μm未満では、長期の使用に亘って被削材との優れた潤滑性、熱伝導性、熱放散性を確保することができず、一方、平均層厚が1μmを超えると、切刃に作用する高負荷によって、欠損を生じやすくなるので、上記組成傾斜型(Al,Cr)2O3層、組成傾斜型(Al,Cr,Si)2O3層からなる上部層の平均層厚は0.3〜1μmと定めた。
この発明の下部層、中間層、上部層からなる硬質被覆層は、通常の物理蒸着装置(例えば、アークイオンプレーティング(以下、AIPという)装置)を用いて蒸着形成することができる。
例えば、AIP装置の一方には基体洗浄用のTi電極からなるカソード電極、他方にはAl−Cr(−Si)合金からなるカソード電極を設け、
まず、例えば、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体を洗浄・乾燥し、AIP装置内の回転テーブル上に装着し、基体洗浄用のTi電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、工具基体表面をボンバード洗浄し、
ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入し、工具基体にバイアス電圧を印加しつつ、Al−Cr(−Si)合金カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、工具基体表面に所定層厚の(Al,Cr)N層あるいは(Al,Cr,Si)N層を下部層として蒸着形成し、
ついで、装置内に反応ガスとしての酸素を含有する雰囲気ガスを導入し、Al−Cr合金カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、工具基体表面に所定層厚の(Al,Cr)2O3層あるいは(Al,Cr,Si)2O3層を中間層として蒸着形成し、
ついで、Al−Cr(−Si)合金カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を維持したままで、雰囲気ガス中の酸素含有量を次第に低減することによって、酸素含有割合が中間層側から上部層表層に向かうにしたがって徐々に減少する、所定層厚の組成傾斜型(Al,Cr)2O3層あるいは組成傾斜型(Al,Cr,Si)2O3層からなる上部層を蒸着形成することができる。
(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工具基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ、Tiカソード電極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、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
(c)ついで、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工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Al−Cr(−Si)合金カソード電極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、もって前記工具基体の表面に、表3〜6に示される目標組成および目標平均層厚の(Al,Cr)N層あるいは(Al,Cr,Si)N層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
(d)ついで、装置内に反応ガスとして酸素ガスを導入して1Pa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工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加した状態で、Al−Cr(−Si)合金カソード電極(蒸発源)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、下部層の上に(Al,Cr)2O3層あるいは(Al,Cr,Si)2O3層からなる中間層を蒸着し、
(e)ついで、Al−Cr(−Si)合金カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を継続させつつ、酸素含有量が徐々に低減するように雰囲気を調整し、表3〜6に示される目標平均層厚、目標酸素含有割合X値の組成傾斜型(Al,Cr)2O3層あるいは組成傾斜型(Al,Cr,Si)2O3層からなる上部層を形成することにより、
本発明被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)1〜16,21〜36をそれぞれ製造した。
比較の目的で、これら工具基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図1に示されるAIP装置に装入し、
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工具基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ、Tiカソード電極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、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
ついで、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工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ、Al−Cr(−Si)合金カソード電極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、もって前記工具基体の表面に、表7,8に示される目標組成および目標層厚の(Al,Cr)N層あるいは(Al,Cr,Si)N層(本発明でいう下部層に相当)を蒸着し、
比較被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ(以下、比較被覆チップと云う)1〜16,21〜36をそれぞれ製造した。
被削材:JIS・S10Cの丸棒、
切削速度: 250 m/min.、
切り込み: 3.0 mm、
送り: 0.45 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件(切削条件Aという)での軟鋼の乾式連続高速高送り・高切込み切削加工試験(通常の切削速度、送り及び切り込みは、それぞれ、150mm/min.、0.25mm/rev、1.5mm)、
被削材:JIS・S55Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 220 m/min.、
切り込み: 1.5 mm、
送り: 0.5 mm/rev.、
切削時間: 5 分、
の条件(切削条件Bという)での炭素鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、120m/min.、0.25mm/rev.)、
被削材:JIS・SUS304の丸棒、
切削速度: 250 m/min.、
切り込み: 2.8 mm、
送り: 0.2 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件(切削条件Cという)でのステンレス鋼の乾式連続高速高切込み切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、160 m/min.、1.5mm)、
を行い、いずれの高速重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9に示した。
被削材:JIS・S55Cの丸棒、
切削速度: 280 m/min.、
切り込み: 3.0 mm、
送り: 0.45 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件(切削条件Dという)での炭素鋼の乾式連続高速高送り・高切込み切削加工試験(通常の切削速度、送り及び切り込みは、それぞれ、150m/min、0.25mm/rev、1.5mm)、
被削材:JIS・SUS304の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度: 240 m/min.、
切り込み: 1.5 mm、
送り: 0.55 mm/rev.、
切削時間: 5 分、
の条件(切削条件Eという)でのステンレス鋼の乾式断続高速高送り切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、120m/min、0.25mm/rev.)、
被削材:JIS・S10Cの丸棒、
切削速度: 300 m/min.、
切り込み: 3.0 mm、
送り: 0.2 mm/rev.、
切削時間: 10 分、
の条件(切削条件Fという)での軟鋼の乾式連続高速高切込み切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、160m/min、1.5mm)、
を行い、いずれの高速重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10に示した。
本発明被覆工具としての本発明被覆超エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルと云う)1〜8,11〜18をそれぞれ製造した。
比較の目的で、上記の工具基体(エンドミル)C−1〜C−8の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じくAIP装置に装入し、上記比較例1と同一の条件で、表14に示される目標平均層厚および目標組成の(Al,Cr)N層あるいは(Al,Cr,Si)N層(本発明でいう下部層に相当)を蒸着することにより、
比較被覆工具としての比較被覆エンドミル(以下、比較被覆エンドミルと云う)1〜8,11〜18をそれぞれ製造した。
本発明被覆エンドミル1〜3および比較被覆エンドミル1〜3については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304の板材、
切削速度: 120 m/min.、
溝深さ(切り込み): 5 mm、
テーブル送り: 130 mm/分、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速高切込み溝切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、70m/min.、3mm.)、
本発明被覆エンドミル4〜6および比較被覆エンドミル4〜6については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S55Cの板材、
切削速度: 150 m/min.、
溝深さ(切り込み): 8 mm、
テーブル送り: 450 mm/分、
の条件での炭素鋼の乾式高速高切込み溝切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、100m/min.、5mm.)、
本発明被覆エンドミル7,8および比較被覆エンドミル7,8については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S10Cの板材、
切削速度: 150 m/min.、
溝深さ(切り込み): 15 mm、
テーブル送り: 250 mm/分、
の条件での軟鋼の乾式高速高切込み溝切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、100m/min.、10mm.)、
をそれぞれ行い、いずれの高速高切込み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12,14にそれぞれ示した。
本発明被覆エンドミル11〜13および比較被覆エンドミル11〜13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: 140 m/min.、
溝深さ(切り込み): 5 mm、
テーブル送り: 140 mm/分、
の条件での炭素鋼の乾式高速高切込み溝切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、70m/min.、3mm.)、
本発明被覆エンドミル14〜16および比較被覆エンドミル14〜16については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S10Cの板材、
切削速度: 180 m/min.、
溝深さ(切り込み): 8 mm、
テーブル送り: 460 mm/分、
の条件での軟鋼の乾式高速高切込み溝切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、100m/min.、5mm.)、
本発明被覆エンドミル17,18および比較被覆エンドミル17,18については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304の板材、
切削速度: 180 m/min.、
溝深さ(切り込み): 16 mm、
テーブル送り: 270 mm/分、
の条件でのステンレス鋼の乾式高速高切込み溝切削加工試験(通常の切削速度及び切り込みは、それぞれ、100m/min.、10mm.)、
をそれぞれ行い、いずれの高速高切込み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13、14にそれぞれ示した。
本発明被覆工具としての本発明被覆ドリル(以下、本発明被覆ドリルと云う)1〜8,11〜18をそれぞれ製造した。
比較の目的で、上記の工具基体(ドリル)D−1〜D−8の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、AIP装置に装入し、上記比較例1と同一の条件で、表17に示される目標平均層厚および目標組成の(Al,Cr)N層あるいは(Al,Cr,Si)N層(本発明でいう下部層に相当)を蒸着することにより、
比較被覆工具としての比較被覆ドリル(以下、比較被覆ドリルと云う)1〜8、11〜18をそれぞれ製造した。
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S55Cの板材、
切削速度: 120 m/min.、
送り: 0.30 mm/rev、
穴深さ: 8 mm、
の条件での炭素鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、80m/min.、0.15mm/rev)、
本発明被覆ドリル4〜6および比較被覆ドリル4〜6については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S10Cの板材、
切削速度: 140 m/min.、
送り: 0.40 mm/rev、
穴深さ: 15 mm、
の条件での軟鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、80m/min.、0.25mm/rev)、
本発明被覆ドリル7、8および比較被覆ドリル7、8については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304の板材、
切削速度: 120 m/min.、
送り: 0.35 mm/rev、
穴深さ: 28 mm、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、80m/min.、0.25mm/rev)、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速高送り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15、17にそれぞれ示した。
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S10Cの板材、
切削速度: 150 m/min.、
送り: 0.30 mm/rev、
穴深さ: 8 mm、
の条件での軟鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、80m/min.、0.15mm/rev)、
本発明被覆ドリル14〜16および比較被覆ドリル14〜16については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304の板材、
切削速度: 160 m/min.、
送り: 0.42 mm/rev、
穴深さ: 15 mm、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、80m/min.、0.25mm/rev)、
本発明被覆ドリル17、18および比較被覆ドリル17、18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: 150 m/min.、
送り: 0.38 mm/rev、
穴深さ: 28 mm、
の条件での炭素鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度及び送りは、それぞれ、80m/min.、0.25mm/rev)、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速高送り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16、17にそれぞれ示した。
また、本発明被覆チップ、本発明被覆エンドミル、本発明被覆ドリルの硬質被覆層の上部層の層厚方向における組成傾斜型(Al,Cr)2O3層中のO(酸素)含有割合の変化、また、組成傾斜型(Al,Cr,Si)2O3層中のO(酸素)含有割合の変化については、オージェ分光分析法により、上部層表層に向かうにしたがって、O(酸素)含有割合が低減していることを確認した。
Claims (2)
- 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、中間層及び上部層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)下部層は、2〜10μmの平均層厚を有し、下部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−αCrα)N
で表した場合、0.25≦α≦0.45(但し、αは原子比)を満足するAlとCrの複合窒化物層、
(b)中間層は、1〜3μmの平均層厚を有し、中間層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−YCrY)2O3
で表した場合、0.25≦Y≦0.55(但し、Yは原子比)を満足するAlとCrの複合酸化物層、
(c)上部層は、0.3〜1μmの平均層厚を有し、上部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−YCrY)1−XOX
で表した場合、0<X≦0.2,0.25≦Y≦0.55(但し、X,Yはいずれも原子比)を満足し、さらに、上部層におけるO(酸素)含有割合は、中間層側から上部層表面に向かって減少する傾斜組成を有する組成傾斜型のAlとCrの複合酸化物層、
上記(a)〜(c)で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。 - 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、中間層及び上部層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、
(d) 下部層は、2〜10μmの平均層厚を有し、下部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−α−βCrαSiβ)N
で表した場合、0.25≦α≦0.45、0.01≦β≦0.10(但し、α,βはいずれも原子比)を満足するAlとCrとSiの複合窒化物層、
(e)中間層は、1〜3μmの平均層厚を有し、中間層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−Y−ZCrYSiZ)2O3
で表した場合、0.25≦Y≦0.55、0.01≦Z≦0.10(但し、Y,Zはいずれも原子比)を満足するAlとCrとSiの複合酸化物層、
(f) 上部層は、0.3〜1μmの平均層厚を有し、上部層全体における平均組成を、
組成式:(Al1−Y−ZCrYSiZ)1−XOX
で表した場合、0<X≦0.2,0.25≦Y≦0.55、0.01≦Z≦0.10(但し、X,Y,Zはいずれも原子比)を満足し、さらに、上部層におけるO(酸素)含有割合は、中間層側から上部層表面に向かって減少する傾斜組成を有する組成傾斜型のAlとCrとSiの複合酸化物層、
上記(d)〜(f)で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009181579A JP5476842B2 (ja) | 2009-03-10 | 2009-08-04 | 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、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009055866 | 2009-03-10 | ||
JP2009055866 | 2009-03-10 | ||
JP2009181579A JP5476842B2 (ja) | 2009-03-10 | 2009-08-04 | 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、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010234517A JP2010234517A (ja) | 2010-10-21 |
JP5476842B2 true JP5476842B2 (ja) | 2014-04-23 |
Family
ID=43089356
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009181579A Expired - Fee Related JP5476842B2 (ja) | 2009-03-10 | 2009-08-04 | 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、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5476842B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103168414B (zh) | 2010-10-19 | 2016-03-02 | 松下知识产权经营株式会社 | 电源装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008013852A (ja) * | 2003-01-17 | 2008-01-24 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜及び硬質皮膜被覆工具 |
JP2004314186A (ja) * | 2003-04-11 | 2004-11-11 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 被覆超硬ブローチ |
JP2007075968A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Mitsubishi Materials Corp | 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切削工具 |
-
2009
- 2009-08-04 JP JP2009181579A patent/JP5476842B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010234517A (ja) | 2010-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4702520B2 (ja) | 高硬度鋼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 | |
JP5594575B2 (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 | |
JP2009061520A (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 | |
JP5041222B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5445847B2 (ja) | 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、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP5088480B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5440346B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5196122B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP2009125832A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP5035527B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
JP4645820B2 (ja) | 高硬度鋼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 | |
JP5476842B2 (ja) | 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、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP4678582B2 (ja) | 高硬度鋼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 | |
JP4244379B2 (ja) | 高速切削加工で表面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 | |
JP4771199B2 (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 | |
JP2006281409A (ja) | 高硬度鋼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 | |
JP5239950B2 (ja) | 溶着生の高い被削材の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 | |
JP5099495B2 (ja) | 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 | |
JP5077743B2 (ja) | 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 | |
JP5499861B2 (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 | |
JP5239953B2 (ja) | 溶着性の高い被削材の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 | |
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 | |
JP2009119550A (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 | |
JP5499862B2 (ja) | 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 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120328 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130625 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130628 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130809 |
|
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: 20140114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140127 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5476842 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |