JPH0258336B2 - - Google Patents
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- JPH0258336B2 JPH0258336B2 JP57220772A JP22077282A JPH0258336B2 JP H0258336 B2 JPH0258336 B2 JP H0258336B2 JP 57220772 A JP57220772 A JP 57220772A JP 22077282 A JP22077282 A JP 22077282A JP H0258336 B2 JPH0258336 B2 JP H0258336B2
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- Japan
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Links
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
(イ) 技術分野
本発明は高速において切削可能な切削工具用硬
質合金の改良に関するものであり、焼結硬質合を
基体とし、この表面に硬質、耐摩耗性の高い物質
を被覆した被覆硬質合金である。 (ロ) 技術の背景 機械加工に用いられる切削工具材料としては高
速度鋼、超硬合金（WC−Co）、サーメツト、セ
ラミツクと切削速度が高くなるにつれて種々の材
料が実用化されている。切削工具に要望される特
性は高硬度、高靭性、耐熱強度それに耐摩耗性で
あるが最近の加工速度の向上、能率の向上から要
求はますます厳しくなつており切削速度が数百
ｍ／min以上での高速切削が要求されるようにな
つた。 その要望に答える材料の候補とし炭窒化物を硬
質相としてこれを金属で結合したサーメツトがあ
る。これは例えばTiの炭窒化物にTa、Mo、Ｗ
等を添加した遷移金属の炭窒化物を主たる硬質相
としてFe、Co、Ni、Mo、Ｗ、Al、Tiから選ん
だ一種以上の金属で結合し焼結硬質合金いわゆる
窒素含有サーメツトは従来の炭窒を含有しない
TiC基硬質合金の耐熱強度、熱疲労靭性を大巾に
改良した切削工具として広く実用に供されてい
る。しかしながら近年切削加工の分野では能率向
上を計るために切削速度を従来よりも大巾に引き
上げるという要望が強まつてきている。例えば鋼
の連続旋削において切削速度が500ｍ／min以上
の領域に耐える工具が要望されるようになつて来
た。このような領域では上記の窒素含有サーメツ
トと云えども耐熱強度の不足から殆んど実用に耐
えず、実用に耐え得るのはAl2O3−TiC系セラミ
ツクのみである。確かにこのAl2O3−TiCセラミ
ツクは耐摩耗性の見地から実用性があるものの靭
性に欠けるためその適用範囲は極めて狭いものに
限られていた。 又最近広い分野で実用されている超硬合金
（WC−TiC−Co等）を基体としその表面Al2O3を
被覆したいわゆる被覆超硬合金は上記の如く高切
削速度では工具刃先が変形してしまい実用に供し
得ない。 (ハ) 発明の目的 本発明は窒素含有サーメツトの耐熱性及び、
Al2O3−TiCセラミツクの欠点である靭性も大巾
に改良するものであり鋼の高速切削領域において
使用可能な切削工具用合金を提供するものであ
る。 (ニ) 発明の開示 本発明者らは鋼の高速切削時におこる現象を詳
しく把握するため硬度の異る各種の鋼を被削材と
し、窒素含有サーメツトおよびAl2O3−TiCセラ
ミツクス、Al2O3被覆超硬合金およびＰ−10超硬
合金を工具として高速切削試験を行つた結果、驚
くべき知見を得た。 即ち、従来耐熱性が劣るゆえ高速切削した際に
は工具刃先が塑性変形してしまうため高速切削に
耐えないと考えられていた窒素含有サーメツトが
例えば切削速度が600ｍ／minという領域でもク
レータ摩耗が進行するまでは工具刃先が変形しな
いことがわかつた。これに対しＰ−10超硬合金及
びAl2O3被覆超硬合金の工具刃先は瞬時に塑性変
形してしまい全く切削不可能であつた。 またAl2O3−TiCセラミツクと窒素含有サーメ
ツトとを較べると、耐クレータ摩耗ではセラミツ
クが圧倒的に良好な為、クレータ摩耗が生じるよ
うな領域ではセラミツクが長寿命になるものの、
クレーター摩耗が生じない領域では窒素含有サー
メツトの方がかえつて長寿命となつた。これは両
者の靭性の差が反映したものであろう。 以上の驚くべき知見から発明者らは、クレータ
摩耗に富むのはAl2O3等の酸化物であり、窒化
物、炭化物等は空気中で高温にさらされると酸化
してしまい耐クレータ摩耗が損われるのではない
かと考えた。従つて窒素含有サーメツトの表面に
耐クレータ摩耗に酸化物の薄層を被覆するならば
かゝる高速切削領域において靭性と耐摩耗性の兼
ねそなえた切削工具が得られるのではないかと考
えた。この考えに従つて実際に窒素含有サーメツ
トに1μのAl2O3を被覆した合金を試作したところ
予想どおりの結果が得られた。 本発明の合金は基体として、Tiと周期律表
ａ、ａ、ａ族遷移金属から選ばれた一種また
はそれ以上の炭窒化物を硬質層とし、Fe、Co、
Ni、Cr、Mo、Ｗ、Ti、Alから選ばれた一種ま
たはそれ以上の金属を結合相とする焼結硬質合
金、（いわゆる窒素含有サーメツト）を用い、こ
の表面にAl2O3および／またはZrO2からなる薄層
を厚み0.1μ〜20μで被覆した被覆焼結硬質合金で
ある。Al2O3、ZrO2被覆が0.1μ以下では耐クレー
タ性等の耐摩性向上の効果がなく、20μ以上では
全体としての強度低下が著しく好ましくない。 ここで言う窒素含有サーメツトの意味するとこ
ろは、従来の超硬合金と言われているＷの量の多
いものに比較して、Ｗの量が少くTiの量が多い
硬質層よりなるものである。また窒素の含有量と
しては、窒素合金と言われるものに比較すると窒
素含有量の少いものである。 本願の特徴は、このような窒素含有サーメツト
にAl2O3および／またはZrO2を直接被覆するとこ
ろにその特徴がある。よく知られているように、
超硬合金の上には上記したような酸化物は、直接
被覆しても母材と被覆層の接着強度が低く中間の
層を入れている。 しかしながら、本願の窒素含有サーメツトで
は、理由はよくわからないが、上記の被覆層との
接合強度が極めて高いことを見出したために本発
明をなすに至つたものである。 基体上にAl2O3、ZrO2及び中間層としての炭化
物、窒化物を被覆する方法としては通常の化学蒸
着法（CVD）、物理蒸着法（PVD）が好ましい
が被覆方法で限定されるものではない。 次に実施例によつて詳細に説明する。 実施例 １ 基体として（Ti、Ta、Mo、Ｗ）（Ｃ、Ｎ）な
る炭窒化物をNiとCoで結合した市販の含窒素含
有サーメツト（型番SNG432）を用い、この表面
にCVD法によりAl2O3を1μ被覆したものをＡと
し、1μのZrO2を被覆したものをＢとした。比較
のため上記未処理の窒素含有サーメツト(C)、市販
のAl2O3−TiCセラミツク(D)、市販Al2O3被覆超
硬合金(E)を準備し第１表に示す条件で切削試験を
行つた。
質合金の改良に関するものであり、焼結硬質合を
基体とし、この表面に硬質、耐摩耗性の高い物質
を被覆した被覆硬質合金である。 (ロ) 技術の背景 機械加工に用いられる切削工具材料としては高
速度鋼、超硬合金（WC−Co）、サーメツト、セ
ラミツクと切削速度が高くなるにつれて種々の材
料が実用化されている。切削工具に要望される特
性は高硬度、高靭性、耐熱強度それに耐摩耗性で
あるが最近の加工速度の向上、能率の向上から要
求はますます厳しくなつており切削速度が数百
ｍ／min以上での高速切削が要求されるようにな
つた。 その要望に答える材料の候補とし炭窒化物を硬
質相としてこれを金属で結合したサーメツトがあ
る。これは例えばTiの炭窒化物にTa、Mo、Ｗ
等を添加した遷移金属の炭窒化物を主たる硬質相
としてFe、Co、Ni、Mo、Ｗ、Al、Tiから選ん
だ一種以上の金属で結合し焼結硬質合金いわゆる
窒素含有サーメツトは従来の炭窒を含有しない
TiC基硬質合金の耐熱強度、熱疲労靭性を大巾に
改良した切削工具として広く実用に供されてい
る。しかしながら近年切削加工の分野では能率向
上を計るために切削速度を従来よりも大巾に引き
上げるという要望が強まつてきている。例えば鋼
の連続旋削において切削速度が500ｍ／min以上
の領域に耐える工具が要望されるようになつて来
た。このような領域では上記の窒素含有サーメツ
トと云えども耐熱強度の不足から殆んど実用に耐
えず、実用に耐え得るのはAl2O3−TiC系セラミ
ツクのみである。確かにこのAl2O3−TiCセラミ
ツクは耐摩耗性の見地から実用性があるものの靭
性に欠けるためその適用範囲は極めて狭いものに
限られていた。 又最近広い分野で実用されている超硬合金
（WC−TiC−Co等）を基体としその表面Al2O3を
被覆したいわゆる被覆超硬合金は上記の如く高切
削速度では工具刃先が変形してしまい実用に供し
得ない。 (ハ) 発明の目的 本発明は窒素含有サーメツトの耐熱性及び、
Al2O3−TiCセラミツクの欠点である靭性も大巾
に改良するものであり鋼の高速切削領域において
使用可能な切削工具用合金を提供するものであ
る。 (ニ) 発明の開示 本発明者らは鋼の高速切削時におこる現象を詳
しく把握するため硬度の異る各種の鋼を被削材と
し、窒素含有サーメツトおよびAl2O3−TiCセラ
ミツクス、Al2O3被覆超硬合金およびＰ−10超硬
合金を工具として高速切削試験を行つた結果、驚
くべき知見を得た。 即ち、従来耐熱性が劣るゆえ高速切削した際に
は工具刃先が塑性変形してしまうため高速切削に
耐えないと考えられていた窒素含有サーメツトが
例えば切削速度が600ｍ／minという領域でもク
レータ摩耗が進行するまでは工具刃先が変形しな
いことがわかつた。これに対しＰ−10超硬合金及
びAl2O3被覆超硬合金の工具刃先は瞬時に塑性変
形してしまい全く切削不可能であつた。 またAl2O3−TiCセラミツクと窒素含有サーメ
ツトとを較べると、耐クレータ摩耗ではセラミツ
クが圧倒的に良好な為、クレータ摩耗が生じるよ
うな領域ではセラミツクが長寿命になるものの、
クレーター摩耗が生じない領域では窒素含有サー
メツトの方がかえつて長寿命となつた。これは両
者の靭性の差が反映したものであろう。 以上の驚くべき知見から発明者らは、クレータ
摩耗に富むのはAl2O3等の酸化物であり、窒化
物、炭化物等は空気中で高温にさらされると酸化
してしまい耐クレータ摩耗が損われるのではない
かと考えた。従つて窒素含有サーメツトの表面に
耐クレータ摩耗に酸化物の薄層を被覆するならば
かゝる高速切削領域において靭性と耐摩耗性の兼
ねそなえた切削工具が得られるのではないかと考
えた。この考えに従つて実際に窒素含有サーメツ
トに1μのAl2O3を被覆した合金を試作したところ
予想どおりの結果が得られた。 本発明の合金は基体として、Tiと周期律表
ａ、ａ、ａ族遷移金属から選ばれた一種また
はそれ以上の炭窒化物を硬質層とし、Fe、Co、
Ni、Cr、Mo、Ｗ、Ti、Alから選ばれた一種ま
たはそれ以上の金属を結合相とする焼結硬質合
金、（いわゆる窒素含有サーメツト）を用い、こ
の表面にAl2O3および／またはZrO2からなる薄層
を厚み0.1μ〜20μで被覆した被覆焼結硬質合金で
ある。Al2O3、ZrO2被覆が0.1μ以下では耐クレー
タ性等の耐摩性向上の効果がなく、20μ以上では
全体としての強度低下が著しく好ましくない。 ここで言う窒素含有サーメツトの意味するとこ
ろは、従来の超硬合金と言われているＷの量の多
いものに比較して、Ｗの量が少くTiの量が多い
硬質層よりなるものである。また窒素の含有量と
しては、窒素合金と言われるものに比較すると窒
素含有量の少いものである。 本願の特徴は、このような窒素含有サーメツト
にAl2O3および／またはZrO2を直接被覆するとこ
ろにその特徴がある。よく知られているように、
超硬合金の上には上記したような酸化物は、直接
被覆しても母材と被覆層の接着強度が低く中間の
層を入れている。 しかしながら、本願の窒素含有サーメツトで
は、理由はよくわからないが、上記の被覆層との
接合強度が極めて高いことを見出したために本発
明をなすに至つたものである。 基体上にAl2O3、ZrO2及び中間層としての炭化
物、窒化物を被覆する方法としては通常の化学蒸
着法（CVD）、物理蒸着法（PVD）が好ましい
が被覆方法で限定されるものではない。 次に実施例によつて詳細に説明する。 実施例 １ 基体として（Ti、Ta、Mo、Ｗ）（Ｃ、Ｎ）な
る炭窒化物をNiとCoで結合した市販の含窒素含
有サーメツト（型番SNG432）を用い、この表面
にCVD法によりAl2O3を1μ被覆したものをＡと
し、1μのZrO2を被覆したものをＢとした。比較
のため上記未処理の窒素含有サーメツト(C)、市販
のAl2O3−TiCセラミツク(D)、市販Al2O3被覆超
硬合金(E)を準備し第１表に示す条件で切削試験を
行つた。
【表】
その結果は次の通りであつた。
Ａ：切削時間10分においてクレータ摩耗、フラン
ク摩耗とも極めて微少であつた。 Ｂ：11分48秒切削可能 Ｃ：フランク摩耗は微少であつたがクレータ摩耗
が進行し６分15秒でクレータ摩耗の進行が原因
で刃先が欠損し切削不能となつた。 Ｄ：摩耗は微少であつたが境界摩耗が著しく進展
し６分35秒で刃先が欠損して切削不可能。 Ｅ：工具刃先の塑性変形のため15秒しか切削出来
ず。 実施例 ２ TiCを37重量％、TiNを３重量％、TaNを20
重量％、WCを15重量％、Mo3Cを10重量％、Ni
を10重量％、Co5重量％を配合し、通常の粉末治
金法によつて型番SNG432の切削工具を作製し
た。 これを反応容器内で1050℃に加熱して、その中
にAl2O3を５容量％、Co25容量％、残部H2の反
応ガスと20Torrの圧力で導入し２時間通常の
CVD法でAl2O3を被覆した。Al2O3の厚みは2μで
あつた。このようにして得た切削工具を実施例１
と同様の方法で切削試験を行つた。その結果10分
30秒まで切削可能であつた。 実施例 ３ 第２表に示す組成の窒素含有サーメツト（型番
SNMG432ENZ）を作製した。
ク摩耗とも極めて微少であつた。 Ｂ：11分48秒切削可能 Ｃ：フランク摩耗は微少であつたがクレータ摩耗
が進行し６分15秒でクレータ摩耗の進行が原因
で刃先が欠損し切削不能となつた。 Ｄ：摩耗は微少であつたが境界摩耗が著しく進展
し６分35秒で刃先が欠損して切削不可能。 Ｅ：工具刃先の塑性変形のため15秒しか切削出来
ず。 実施例 ２ TiCを37重量％、TiNを３重量％、TaNを20
重量％、WCを15重量％、Mo3Cを10重量％、Ni
を10重量％、Co5重量％を配合し、通常の粉末治
金法によつて型番SNG432の切削工具を作製し
た。 これを反応容器内で1050℃に加熱して、その中
にAl2O3を５容量％、Co25容量％、残部H2の反
応ガスと20Torrの圧力で導入し２時間通常の
CVD法でAl2O3を被覆した。Al2O3の厚みは2μで
あつた。このようにして得た切削工具を実施例１
と同様の方法で切削試験を行つた。その結果10分
30秒まで切削可能であつた。 実施例 ３ 第２表に示す組成の窒素含有サーメツト（型番
SNMG432ENZ）を作製した。
【表】
実施例２と同様の方法で、試料No.１〜５には、
Al2O3を2μの厚みで被覆し、切削試験を行つた。 また、試料No.６〜10には、実施例２とほぼ同様
の通常のCVD法でZrO2を2μ被覆した。 また試料No.11には上記と同様の方法でまず
Al2O3を1μを被覆した後さらに上記と同様の方法
でZrO21μ被覆した。このようにして得られたも
ので切削試験を行つた。切削試験の方法は実施例
１と同様の方法である。 また試料No.12〜13に比較例である。
Al2O3を2μの厚みで被覆し、切削試験を行つた。 また、試料No.６〜10には、実施例２とほぼ同様
の通常のCVD法でZrO2を2μ被覆した。 また試料No.11には上記と同様の方法でまず
Al2O3を1μを被覆した後さらに上記と同様の方法
でZrO21μ被覆した。このようにして得られたも
ので切削試験を行つた。切削試験の方法は実施例
１と同様の方法である。 また試料No.12〜13に比較例である。
Claims (1)
- １ Tiと周期律表ａ（Tiは除く）、ａ、ａ
族遷移金属の一種以上の炭窒化物を硬質相とし、
Fe、Co、Ni、Cr、Mo、Ｗ、Ti、Alからなる群
より選ばれた一種以上の金属を結合相とする窒素
含有サーメツトの表面に直接Al2O3および／また
はZrO2からなる厚み0.1μ〜20μの薄層を被覆して
なることを特徴とする表面被覆焼結硬質合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22077282A JPS59110776A (ja) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | 表面被覆焼結硬質合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22077282A JPS59110776A (ja) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | 表面被覆焼結硬質合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59110776A JPS59110776A (ja) | 1984-06-26 |
| JPH0258336B2 true JPH0258336B2 (ja) | 1990-12-07 |
Family
ID=16756313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22077282A Granted JPS59110776A (ja) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | 表面被覆焼結硬質合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59110776A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0745707B2 (ja) * | 1986-11-25 | 1995-05-17 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速切削用表面被覆炭窒化チタン基サ−メツト |
| JP4997561B2 (ja) * | 2005-08-04 | 2012-08-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 高硬度皮膜形成用硬質合金上に硬質皮膜を形成した工具あるいは金型材料及びその製造方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4859106A (ja) * | 1971-11-12 | 1973-08-18 | ||
| JPS5294813A (en) * | 1976-02-06 | 1977-08-09 | Mitsubishi Metal Corp | Covered super hard throwaway tip |
| JPS5294812A (en) * | 1976-02-06 | 1977-08-09 | Mitsubishi Metal Corp | Covered super hard throwaway tip |
| JPS5296911A (en) * | 1976-02-10 | 1977-08-15 | Mitsubishi Metal Corp | Coated cutting chip made of hard alloy |
| JPS5479180A (en) * | 1977-12-06 | 1979-06-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of coated superhard alloy material |
| JPS54103409A (en) * | 1978-02-01 | 1979-08-14 | Sumitomo Electric Industries | Surface coated superhard alloy member |
| JPS56155080A (en) * | 1980-04-30 | 1981-12-01 | Sumitomo Electric Industries | Coated cutting tool |
-
1982
- 1982-12-15 JP JP22077282A patent/JPS59110776A/ja active Granted
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4859106A (ja) * | 1971-11-12 | 1973-08-18 | ||
| JPS5294813A (en) * | 1976-02-06 | 1977-08-09 | Mitsubishi Metal Corp | Covered super hard throwaway tip |
| JPS5294812A (en) * | 1976-02-06 | 1977-08-09 | Mitsubishi Metal Corp | Covered super hard throwaway tip |
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| JPS56155080A (en) * | 1980-04-30 | 1981-12-01 | Sumitomo Electric Industries | Coated cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59110776A (ja) | 1984-06-26 |
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