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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JP
Japan
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cutting
nitrogen
coated
wear
hard
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57220772A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59110776A (ja
Inventor
Shinya Tsukamoto
Masaaki Tobioka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP22077282A priority Critical patent/JPS59110776A/ja
Publication of JPS59110776A publication Critical patent/JPS59110776A/ja
Publication of JPH0258336B2 publication Critical patent/JPH0258336B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(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
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。
【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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP22077282A 1982-12-15 1982-12-15 表面被覆焼結硬質合金 Granted JPS59110776A (ja)

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