JP5563878B2 - 切削工具及びその製造方法 - Google Patents
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本発明の第1の形態は、セラミックで形成された基材上に、Ti及びAlを含有するセラミック被膜が形成された切削工具であって、前記セラミック被膜の表面における結晶粒子の平均面積をSとし、前記セラミック被膜の膜厚をtとしたとき、S/t 2 ≧0.03であり、前記平均面積Sは、インターセプト法により測定された粒子平均直径を有する円の面積として算出された値であることを特徴とする切削工具である。
この構成によれば、特に高速切削条件において高い切削性能を有する切削工具を提供することができる。
本発明の第2の形態は、セラミックで形成された基材上に、Ti及びAlを含有するセラミック被膜が形成された切削工具の製造方法であって、
(a)前記基材を構成する焼結体を作成する工程と、
(b)前記焼結体の表面を、炭化水素系洗浄液、塩素系洗浄液、フッ素系洗浄液、及び、臭素系洗浄液のうちの少なくとも一種の洗浄液を含む洗浄剤を用いて洗浄する工程と、
(c)洗浄後の前記焼結体の表面に前記セラミック被膜を形成することによって、前記セラミック被膜の表面における結晶粒子の平均面積をSとし、前記セラミック被膜の膜厚をtとしたとき、S/t 2 ≧0.03である表面被覆焼結体を作成する工程と、
を備え、前記平均面積Sは、インターセプト法により測定された粒子平均直径を有する円の面積として算出された値であることを特徴とする切削工具の製造方法である。
この方法によれば、炭化水素系洗浄液、塩素系洗浄液、フッ素系洗浄液、及び、臭素系洗浄液などの洗浄液を含む洗浄剤を用いた洗浄によって、焼結体表面の不純物が極めて少ない状態になるので、その後の成膜によってS/t 2 ≧0.03となるセラミック被膜を有する表面被覆焼結体を作成することができる。この結果、セラミック被膜表面の結晶化の程度が低い粒界部分が少なく、耐摩耗性に優れた切削工具を製造することができる。
超硬合金、サーメット、又はセラミックで形成された基材上に、Ti及びAlを含有するセラミック被膜が形成された切削工具であって、
前記セラミック被膜の表面における結晶粒子の平均面積をSとし、前記セラミック被膜の膜厚をtとしたとき、S/t2≧0.03であることを特徴とする切削工具。
この構成によれば、セラミック被膜表面の結晶化の程度が低い粒界部分が少ないので、耐摩耗性に優れた切削工具を提供することができる。
適用例1記載の切削工具であって、
前記基材は1400MPa以上の抗折強度を持つ窒化珪素で形成されていることを特徴とする切削工具。
この構成によれば、特に高速切削条件において高い切削性能を有する切削工具を提供することができる。
適用例1又は2記載の切削工具であって、
前記基材と前記セラミック被膜との間に中間層が形成されていることを特徴とする切削工具。
この構成によれば、中間層によって、セラミック被膜と基材との間の密着性が向上し、さらに切削性能が向上する。
適用例3記載の切削工具であって、
前記中間層は、Ti金属層を含むことを特徴とする切削工具。
この構成によれば、セラミック被膜と基材との間の密着性が更に向上する。
超硬合金、サーメット、又はセラミックで形成された基材上に、Ti及びAlを含有するセラミック被膜が形成された切削工具の製造方法であって、
(a)前記基材を構成する焼結体を作成する工程と、
(b)前記焼結体の表面を、炭化水素系洗浄液、塩素系洗浄液、フッ素系洗浄液、及び、臭素系洗浄液のうちの少なくとも一種の洗浄液を含む洗浄剤を用いて洗浄する工程と、
(c)洗浄後の前記焼結体の表面に前記セラミック被膜を形成することによって、前記セラミック被膜の表面における結晶粒子の平均面積をSとし、前記セラミック被膜の膜厚をtとしたとき、S/t2≧0.03である表面被覆焼結体を作成する工程と、
を備えることを特徴とする切削工具の製造方法。
この方法によれば、炭化水素系洗浄液、塩素系洗浄液、フッ素系洗浄液、及び、臭素系洗浄液などの洗浄液を含む洗浄剤を用いた洗浄によって、焼結体表面の不純物が極めて少ない状態になるので、その後の成膜によってS/t2≧0.03となるセラミック被膜を有する表面被覆焼結体を作成することができる。この結果、セラミック被膜表面の結晶化の程度が低い粒界部分が少なく、耐摩耗性に優れた切削工具を製造することができる。
<精密洗浄>
(洗浄工程1a)ドデカン主成分洗浄液にて超音波洗浄
(洗浄工程2a)アルコール洗浄
(洗浄工程3a)水洗い
(洗浄工程4a)アルカリ水溶液洗浄
(洗浄工程5a)純水リンス
(洗浄工程6a)デカン主成分洗浄液にて減圧超音波洗浄
(洗浄工程7a)熱風乾燥
<通常洗浄>
(洗浄工程1b)アルカリ水洗浄液にて超音波洗浄
(洗浄工程2b)純水リンス
(洗浄工程3b)洗浄工程1b、2bを計3回繰り返す
(洗浄工程4b)熱風乾燥
表面被覆焼結体のサンプルS01、S02の表面写真を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて約15000倍で撮影した。図4(A)は、この表面写真で観察される粒子の様子を示す説明図である。表面被覆焼結体の表面写真では、粒界で囲まれた結晶粒子の領域(「粒状小領域」とも呼ぶ)が観察される。そこで、これらの結晶粒子の平均直径Rをインターセプト法により測定し、結晶粒子の平均面積Sを円近似により以下の式に従って算出した。
S=πR2/4 ...(1)
ここで、Rは、インターセプト法で得られた粒子平均直径である。なお、この面積Sを、「粒平均面積S」と呼ぶ。
セラミック被膜の厚みを測定するため、図4(B)に示すように、基材30とセラミック被膜20とを有する焼結体10aを破断し、その断面写真を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて約5000倍で撮影した。そして、厚みが最大の箇所でセラミッ被膜の厚みtを測定した。なお、サンプルS01,S02では、表面被膜焼結体の上表面(図1のすくい面14に相当)よりも、側面(図1の逃げ面に相当)の方が被膜が厚いため、側面における厚みtがセラミック被膜の厚みとして得られた。この点は、後述する図6のサンプルでも同様であった。
サンプルS01,S02の切削工具を用いて以下の切削条件でそれぞれ切削性能評価試験を行った。被削材は、切削面面積25mm×250mmの板状の部材である。切削性能評価試験では、各サンプルの切削工具を固定具により取り付けたカッタを回転させ、被削材を2面切削した後の切刃の最大摩耗幅を測定した。
・被削材:ダクタイル鋳鉄(FCD600)
・切削速度:300m/min
・送り速度:0.1mm/刃
・切り込み深さ:2.0mm
・切削油:なし
サンプルS02に比べて被膜表面の粒平均面積Sがより大きく、また、最大摩耗幅wがより小さい。すなわち、被膜表面の粒平均面積Sがより大きなサンプルS01では、粒界が少ないので、切削工具の耐摩耗性が向上しているものと推定される。この意味では、被膜表面の粒平均面積Sの値は大きいほど好ましい。但し、以下で説明する図6の試験結果も考慮すると、粒平均面積Sよりも指標値S/t2の方が切削性能とより高い相関関係があることが判明した。
・被削材:ダクタイル鋳鉄(FCD600)
・切削速度:1000m/min
・送り速度:0.1mm/刃
・切り込み深さ:2.0mm
・切削油:なし
12…切刃
14…すくい面
16…逃げ面
Claims (5)
- セラミックで形成された基材上に、Ti及びAlを含有するセラミック被膜が形成された切削工具であって、
前記セラミック被膜の表面における結晶粒子の平均面積をSとし、前記セラミック被膜の膜厚をtとしたとき、S/t2≧0.03であり、
前記平均面積Sは、インターセプト法により測定された粒子平均直径を有する円の面積として算出された値であることを特徴とする切削工具。 - 請求項1記載の切削工具であって、
前記基材は1400MPa以上の抗折強度を持つ窒化珪素で形成されていることを特徴とする切削工具。 - 請求項1又は2記載の切削工具であって、
前記基材と前記セラミック被膜との間に中間層が形成されていることを特徴とする切削工具。 - 請求項3記載の切削工具であって、
前記中間層は、Ti金属層を含むことを特徴とする切削工具。 - セラミックで形成された基材上に、Ti及びAlを含有するセラミック被膜が形成された切削工具の製造方法であって、
(a)前記基材を構成する焼結体を作成する工程と、
(b)前記焼結体の表面を、炭化水素系洗浄液、塩素系洗浄液、フッ素系洗浄液、及び、臭素系洗浄液のうちの少なくとも一種の洗浄液を含む洗浄剤を用いて洗浄する工程と、
(c)洗浄後の前記焼結体の表面に前記セラミック被膜を形成することによって、前記セラミック被膜の表面における結晶粒子の平均面積をSとし、前記セラミック被膜の膜厚をtとしたとき、S/t2≧0.03である表面被覆焼結体を作成する工程と、
を備え、
前記平均面積Sは、インターセプト法により測定された粒子平均直径を有する円の面積として算出された値であることを特徴とする切削工具の製造方法。
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JP2010097459A JP5563878B2 (ja) | 2010-04-21 | 2010-04-21 | 切削工具及びその製造方法 |
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JP2010097459A JP5563878B2 (ja) | 2010-04-21 | 2010-04-21 | 切削工具及びその製造方法 |
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JP2010097459A Active JP5563878B2 (ja) | 2010-04-21 | 2010-04-21 | 切削工具及びその製造方法 |
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