JP7500725B2 - 被覆工具および切削工具 - Google Patents
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Description
以下、本開示の限定されない実施形態の被覆工具1について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下で参照する各図では、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみが簡略化して示されている。したがって、被覆工具1は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。
次に、本開示の限定されない実施形態の被覆工具の製造方法について、被覆工具1を製造する場合を例に挙げて説明する。
なお、ブラスト液は、角状のセラミック粒子を一部含有していてもよい。そのような場合には、セラミック粒子のうち、50体積%以上が球状セラミック粒子であってもよい。
次に、本開示の限定されない実施形態の切削工具101について、上記の被覆工具1を有する場合を例に挙げて、図6を参照して詳細に説明する。
<被覆工具の作製>
まず、基体を作製した。具体的には、平均粒径1.2μmのWC粉末に対して、平均粒径1.5μmの金属Co粉末を6質量%、TiC(炭化チタン)粉末を2.0質量%、Cr3C2(炭化クロム)粉末を0.2質量%の比率で添加して混合して混合原料粉末を作製した。次に、混合原料粉末をプレス成形して切削工具形状(CNMG120408)に成形し、成形体を得た。得られた成形体に脱バインダ処理を施し、0.5~100Paの真空中、1400℃で1時間焼成し、超硬合金からなる基体を作製した。作製した基体のすくい面(第1面)の側に、ブラシ加工で刃先処理(Rホーニング)を施した。
TiCl4ガス:1.0体積%
N2ガス:55.0体積%
H2ガス:残部
温度:850℃
圧力:16kPa
厚み:1.0μm
TiCl4ガス:7.0体積%
CH3CNガス:0.5体積%
H2ガス:残部
温度:850℃
圧力:10kPa
厚み:7.0μm
AlCl3ガス:4.2体積%
HClガス:0.9体積%
CO2ガス:4.5体積%
H2Sガス:0.3体積%
H2ガス:残部
温度:950℃
圧力:9kPa
厚み:8.0μm
TiCl4ガス:3.0体積%
N2ガス:40.0体積%
H2ガス:残部
温度:1010℃
圧力:30kPa
厚み:2.0μm
ブラスト処理で用いたメディアの硬度は、負荷-除荷試験による硬さ測定で測定した。まず、測定を行うメディアを埋め込み樹脂(Kulzer社製のTechnovit4004)で固定して表面の研磨を行った。具体的には、液状の硬化樹脂と硬化剤を3:1(質量比)で混合した樹脂1gに対して、Al2O3粉末を3g加え、混合した後、常温(23℃)で1時間程度硬化させて硬化体を得た。その後、この硬化体を研磨する手順を用いた。研磨後に、硬化体のメディアが露出した部分に硬度測定を行った。測定は、ダイナミック超微小硬度計DUH-211Sを用いて行った。測定圧子が稜間角115°で、三角すい圧子(ダイヤモンド製)で、試験力が49(mN)で、負荷速度が2.665(mN/秒)で、保持時間が5秒の条件で測定した。測定回数は10点行い、その平均値の測定を行った。
得られた被覆工具について、第1~第4破壊靭性値および第1~第4硬度を測定した。また、切削に関与する領域の(104)面の半価幅を測定した。さらに、得られた被覆工具を用いて切削評価を行い、耐欠損性を評価した。測定方法を以下に示すとともに、結果を表2および表3に示す。
鏡面加工した面に対してナノインデンターで押し込み試験を行い、得られた圧痕に対して電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いてクラックの観察を行い、破壊靭性値を測定した。ナノインデンターとしては、株式会社エリオニクス社製の超微小押し込み硬さ試験機ENT-1100b/aを用いて測定を行った。押し込み荷重が700(mN)で、測定に用いる圧子は株式会社東洋テクニカ社製のバーコビッチ圧子ENT-20-13を用いて測定した。破壊靭性値は、JIS R 1607:2015に準拠して測定を行った。クラックの観察は日本電子株式会社製のJSM-7100Fを用いて行った。
ナノインデンターを用いた押し込み試験によって測定した。ナノインデンターとしては、株式会社エリオニクス社製の超微小押し込み硬さ試験機ENT-1100b/aを用いた。押し込み荷重が700(mN)で、測定に用いる圧子は株式会社東洋テクニカ社製のバーコビッチ圧子ENT-20-13を用いた。
ウェットブラスト処理を施した面の切削に関与する領域の(104)面の半価幅を測定した。Al2O3層の(104)面は、JCPDSカード番号00-010-0173を基準とした。Al2O3層がウェットブラスト処理によって露出している場合には、その露出しているAl2O3層の表面を鏡面研磨して得られた鏡面でXRD測定を行った。Al2O3層が露出していない場合には、Al2O3層が露出するまで鏡面研磨処理を続けて、Al2O3層の露出した鏡面でXRD測定を行った。Al2O3層のXRD測定は表面の凹凸が少ない面を選んで行った。XRD測定は、株式会社リガク社製のMiniFlex600を用いて行った。測定条件は、特性X線をCuKβ線として、出力は40kV、15mAで、発信側ソーラースリット2.5°、長手制限スリット5.0mm、発散スリット0.625°で、スキャッタースリット8.0mm、受光側ソーラースリット2.5°、受光スリット13.0mmで、ステップ幅を0.01°、計測スピードを2.0°/分、スキャン角度を20°~90°で行った。
断続切削試験を以下の条件で行った。
被削材 :機械構造用炭素鋼(S45C 16本溝入り鋼材)
工具形状:CNMG120408
切削速度:48m/分
送り速度:0.27mm/rev
切り込み:1.0mm
その他 :水溶性切削液使用
評価項目:欠損に至る衝撃回数を測定
試料No.5~11における球状Al2O3粒子:0.90
試料No.2における角状Al2O3粒子:0.74
2・・・基体
3・・・被覆層
4・・・表面
5・・・第1面
6・・・第2面
7・・・切刃
8・・・Al2O3層
9・・・表面
10・・・Ti系被覆層
11・・・TiN層(第1TiN層)
12・・・TiN層(第2TiN層)
13・・・貫通孔
101・・・切削工具
102・・・ホルダ
102a・・第1端
102b・・第2端
103・・・ポケット
104・・・固定ネジ
Claims (8)
- 基体と、該基体の上に位置する被覆層とを有する被覆工具であって、
前記被覆工具は、第1面と、該第1面と隣り合う第2面と、前記第1面と前記第2面の稜線部の少なくとも一部に位置する切刃とを備え、
前記被覆層は、
Al2O3層を有し、
該Al2O3層は、
前記基体の表面に平行な前記被覆層の表面で前記Al2O3層の破壊靭性値を測定した場合において、
該破壊靭性値が5MPa・m0.5以上である第1領域と、
前記破壊靭性値が5MPa・m 0.5 未満である第2領域とを有し、
前記第1領域における硬度を第1硬度とし、
前記第2領域における硬度を第2硬度とした場合、
該第2硬度は、前記第1硬度よりも大きい、被覆工具。 - 前記Al2O3層は、
前記第1面および前記第2面のそれぞれに前記第1領域を有する、請求項1に記載の被覆工具。 - 前記Al2O3層は、
前記第1領域を前記第1面に有し、
前記第2領域を前記第2面に有する、請求項1に記載の被覆工具。 - 基体と、該基体の上に位置する被覆層とを有する被覆工具であって、
前記被覆工具は、第1面と、該第1面と隣り合う第2面と、前記第1面と前記第2面の稜線部の少なくとも一部に位置する切刃とを備え、
前記被覆層は、
Al2O3層を有し、
該Al2O3層は、
前記基体の表面に平行な前記被覆層の表面で前記Al2O3層の破壊靭性値を測定した場合において、
該破壊靭性値が5MPa・m0.5以上である第1領域を有し、
前記被覆層は、
前記基体と前記Al 2 O 3 層との間にTi系被覆層を有し、
該Ti系被覆層は、
前記基体の表面に平行な前記被覆層の表面で前記Ti系被覆層の破壊靭性値を測定した場合において、
該破壊靭性値が10MPa・m 0.5 以上である第3領域を有する、被覆工具。 - 前記Ti系被覆層は、
前記基体の表面に平行な前記被覆層の表面で前記Ti系被覆層の破壊靭性値を測定した場合において、
該破壊靭性値が10MPa・m0.5未満である第4領域を有し、
前記第3領域における硬度を第3硬度とし、
前記第4領域における硬度を第4硬度とした場合、
該第3硬度は、前記第4硬度よりも大きい、請求項4に記載の被覆工具。 - 前記Al2O3層は、
前記基体の表面に平行な前記被覆層の表面で前記Al2O3層の破壊靭性値を測定した場合において、
該破壊靭性値が5MPa・m0.5未満である第2領域を有し、
前記第1領域は、前記第3領域の上に位置し、
前記第2領域は、前記第4領域の上に位置する、請求項5に記載に被覆工具。 - 前記Al2O3層は、X線回折において、(104)面の半価幅が0.15°以上である、請求項1~6のいずれかに記載の被覆工具。
- 第1端から第2端に亘る長さを有し、前記第1端側に位置するポケットを有するホルダと、
前記ポケットに位置する請求項1~7のいずれかに記載の被覆工具と、を有する切削工具。
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