JPH03107461A - 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具部材 - Google Patents

表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具部材

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JPH03107461A
JPH03107461A JP24452689A JP24452689A JPH03107461A JP H03107461 A JPH03107461 A JP H03107461A JP 24452689 A JP24452689 A JP 24452689A JP 24452689 A JP24452689 A JP 24452689A JP H03107461 A JPH03107461 A JP H03107461A
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俊之 谷内
Noribumi Kikuchi
菊池 則文
Ikuro Suzuki
育郎 鈴木
Magoichi Takahashi
高橋 孫一
Giichi Okada
義一 岡田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基体と硬質被覆層間に切削時に発生する熱
歪が小さく、かつ硬質被覆層の基体表面に対する密着性
が高く、したがって連続切削は勿論のこと、特に継続切
削に用いた場合にも切刃に欠損やチッピングの発生がな
く、著しく長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表
面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具部材(以
下、被覆超硬切削工具と略記する)に関するものである
〔従来の技術〕
従来、炭化タングステン(以下WCで示す)超超硬合金
基体の表面に、化学蒸着法(CVD法)または物理蒸着
法(PVD法)によりTiの炭化物、窒化物、および炭
窒化物(以下、それぞれTiC,TiN、およびTfC
Nで示す)のうちの1種の単層または2種以上の複層か
らなる硬質被覆層、あるいはTiC,TiN、およびT
iCNのうちの1種の単層または2種以上の複層からな
る下部層と、炭酸化チタン、炭窒酸化チタン、および酸
化アルミニウム(以下、それぞれTiC0,TiCN0
.およびAll2o3で示す)のうちの1種の単層また
は2種以上の複層からなる上部層で構成された硬質被覆
層を0.5〜10μsの平均層厚で形成してなる被覆超
硬切削工具が、鋼などの連続切削や断続切削に用いられ
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
一方、近年、切削工程の省力化および短縮化に対する要
求は強く、これに伴ない、より一段と苛酷な条件下での
高速切削や、高送りおよび高切込みなどの重切削が強い
られる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬切削工具にお
いては、特に苛酷な条件下での断続切削で切刃に欠損や
チッピングが発生し易く、比較的短時間の使用寿命しか
示さないのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に苛
酷な条件下での断続切削でも切刃に欠損やチッピングの
発生がない被覆超硬切削工具を開発すべく、まず、従来
被覆超硬切削工具の硬質被覆層に欠損やチッピングが発
生し易い原因を追究したところ、その1つは、硬質被覆
層と基体との熱膨張係数が大きく異ること、すなわち硬
質被覆層を構成するTiCの熱膨張係数が8.6X 1
0’/℃、同TiNが9.8X 10−6/’C1およ
びTiCNが9.4X 10’/’Cであるのに対して
、we基超硬づ 合金基体のそれは5 X 10’/’Cであることに原
因があり、さらに前記硬質被覆層の基体表面に対する密
着性が不十分であることに第2の原因があるという結論
に達し、しかして、これらの問題点を解決すべく研究を
行なった結果、硬質被覆層と基体との間に下地被覆層と
してZrの炭化物、窒化物、および炭窒化物(以下、そ
れぞれZrC。
ZrN、およびZrCNで示す)のうちの1種の\ 単層または2種以上の複層を、硬質被覆層に比して相対
的に薄い層厚で介在させると、前記下地被覆層は、これ
を構成するZrCの熱膨張係数が6 7、OXIO/”C1同ZrNが7.9X 10−6/
’C1およびZrCNが7.6X10’/’Cであるよ
うに、硬質被覆層と基体との中間的熱膨張係数をもつこ
とから、切削時に発生する高熱によっても硬質被覆層と
基体間に生じる熱歪が著しく小さくなり、さらに前記下
地被覆層の少なくとも基体表面と接する層に少量の酸素
を固溶含有させると、下地゛被覆層の基体表面に対する
密着性が著しく向上するようになり、この結果硬質被覆
層の下地被覆層を介しての基体表面への強固な密着が確
実となり、このように基体および硬質被覆層間の熱歪の
低減および硬質被覆層の基体表面への密着性の向上をは
かった被覆超硬切削工具は、高速切削や、高送りおよび
高切込みなどの重切削などの苛酷な条件での連続切削は
勿論のこと、特に断続切削に用いた場合にも切刃に欠損
やチッピングが発生することなく、すぐれた耐摩耗性を
著しく長期に亘って示すという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、 WCC超超硬合金基体表面に、 ZrC,ZrN、およびZrCNのうちの1種の単層ま
たは2種以上の複層からなり、かつ少なくとも基体表面
と接する層がlOppm〜1重量%の酸素を固溶含有す
る平均層厚=0.1〜5IInの下地被覆層を介して、 TiC,TiN、およびTiCNのうちの1種の単層ま
たは2種以上の複層からなる硬質被覆層、 または、TiC,TiN、およびTiCNのうちの1種
の単層または2種以上の複層からなる下部層と、T i
 Co、 T i CNO,およびAg2O3のうちの
1種の単層または2種以上の複層からなる上部層で構成
された硬質被覆層、を0.5〜10tlnの平均層厚で
形成してなる被覆超硬切削工具に特徴を有するものであ
る。
なお、この発明の被覆超硬切削工具において、下地被覆
層における固溶酸素含有量を10pp11〜1重量%と
定めたのは、その含有量がlOppm未満では所望の密
着性向上効果が得られず、一方その含有量が1重量%を
越えると、微細な酸化ジルコニウム(ZrO2)が析出
するようになって密着性が急激に低下するようになると
いう理由によるものであり、また、下地被覆層の平均層
厚を0.1〜5節と定めたのは、その層厚が0.1tl
n未満では、所望の熱歪低減効果が得られず、一方その
層厚が5虜を越えると、下地被覆層自体が相対的に軟質
であることから、工具自体の耐摩耗性が低下するように
なるという理由によるものであり、さらに、硬質被覆層
の平均層厚を0.5〜10−としたのは、その層厚が0
.5−未満では所望の耐摩耗性を確保することができず
、一方その層厚がIO−を越えると、硬質被覆層に欠け
やチッピングが生じるようになるという理由によるもの
である。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明の被覆超硬切削工具を実施例により具
体的に説明する。
WCC超超硬合金基体して、それぞれ第1表に示される
組成を有し、かついずれもJIS・5NG432に相当
する形状をもったスローアウェイチップを用意し、これ
らのWC基超超合金基体A−Hの表面に、通常の化学蒸
着法を用い、下地被覆層および硬質被覆層が、それぞれ
、(H)ZrCの場合 温度: 1210℃、  圧カニ 5010rrs反応
ガス組成:3%ZrC(1−5%CH492%H2、 (b)ZrNの場合 温度: ttto℃、  圧カニ 50torr。
反応ガス組成=3%ZrCp  −6%N291%H2
、 (c)ZrCNの場合 温度: 1200℃、  圧カニ 50torr。
反応ガス組成=3%ZrCjl  −2%CH43%N
−92%H2、 (d)  酸素含有のZrCの場合 温度: 1210℃、  圧カニ 50torr。
反応ガス組成:3%Z r Cll 4 5%CH40
,05〜3%Co−89〜91.95%H2・ (e)  酸素含有のZrNの場合 温度: 1110℃、  圧カニ 50tOrr、反応
ガス組成=3%ZrC,77−6%N20.1〜5%c
o−se〜90.9% H2・ (f’)  酸素含有のZrCNの場合温度71200
℃、  圧カニ 50torrs反応ガス組成=3%Z
rC71−2%CH43%N2−0.1〜5%co− 87〜91.9%N2、 (g)TiCの場合 温度: 1030℃、  圧カニ 100torr s
反応ガス組成:4%T 1C1) 4 5%CH491
%H2、 (h)TiNの場合 温度=980℃、  圧カニ 100torr %反応
ガス組成=4%T iC,l! 4 8%N288%H
2、 (i)TiCNの場合 温度: 1000℃、  圧カニ 100torr s
反応ガス組成=4%TiClI4−3%CH44%N2
−89%H2、 (j)TiCOの場合 温度: 1ooo℃、  圧カニ100torr s反
応ガス組成=4%T iC,l) 4 6%co−90
%H2、 (k)TiCNOの場合 温度: 1000℃、  圧カニ 100torr s
反応ガス組成:4%T 1C1143%co−3%N2
−90%H2、 1 (j)Ajl1203の場合 温度: 1000℃、  圧カニ 1oOtorr %
反応ガス組成=3%AρCR−5%CO292%H2、 の条件(上記の反応ガス組成は容量%を示す)で、第2
表に示される組成および平均層厚の下地被覆層および硬
質被覆層を形成することにより本発明被覆超硬切削工具
1〜14および比較被覆超硬切削工具1〜14をそれぞ
れ製造した。
なお、比較被覆超硬切削工具1〜7は、下地被覆層が酸
素を固溶含有しないものであり、また比較被覆超硬切削
工具8〜14は、下地被覆層の形成がないものである。
ついで、これらの各種被覆超硬切削工具について、 被削材: S N CM2B5(硬さ: HB2110
)、切削速度: 140 m/w+in 。
送  リ: 0.25關/刃、 切込み:2mm5 切削時間: 15m1n s 2 第 3 表 の 第 表 の 1 ) の条件で鋼の乾式フライス切削試験を行ない、切刃の逃
げ面摩耗幅を測定すると共に、切刃状況も観察した。こ
れらの結果を第3表に示した。
〔発明の効果〕
第3表に示される結果から、本発明被覆超硬切削工具1
〜14は、いずれも下地被覆層の存在によって基体と硬
質被覆層間に切削時に発生する熱歪が低減され、かつ基
体と接する下地被覆層の酸素含有によって硬質被覆層の
基体に対する密着性が向上したものになっているので、
苛酷な条件下での断続切削でも切刃に欠損やチッピング
が発生することがなく、すぐれた耐摩耗性を示すのに対
して、比較被覆超硬切削工具1〜7においては、基体に
対する硬質被覆層の密着性が十分でなく、また比較被覆
超硬切削工具8〜14は、硬質被覆層の基体に対する密
着性不足に加えて、熱歪の発生も大きいことから、切削
途中で切刃に欠損やチッピングが発生し、短かい使用寿
命しか示さないことが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬切削工具は、7 6 苛酷な条件下での連続切削は勿論のこと、特に断続切削
においてすぐれた切削性能を著しく長期に亘って発揮す
るのである。
出 願 人 二 三菱金属株式会社 代 理 人 昌 田 和 夫 外1名 8

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、Zr
    の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの1種の単層
    または2種以上の複層からなり、かつ少なくとも基体表
    面と接する層が10ppm〜1重量%の酸素を固溶含有
    する平均層厚:0.1〜5μmの下地被覆層を介して、 Tiの炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの1種の
    単層または2種以上の複層からなる平均層厚:0.5〜
    10μmの硬質被覆層を形成してなる表面被覆炭化タン
    グステン基超硬合金製切削工具部材。
  2. (2)炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、Zr
    の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの1種の単層
    または2種以上の複層からなり、かつ少なくとも基体表
    面と接する層が10ppm〜1重量%の酸素を固溶含有
    する平均層厚:0.1〜5μmの下地被覆層を介して、 Tiの炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの1種の
    単層または2種以上の複層からなる下部層と、炭酸化チ
    タン、炭窒酸化チタン、および酸化アルミニウムのうち
    の1種の単層または2種以上の複層からなる上部層で構
    成された平均層厚:0.5〜10μmの硬質被覆層を形
    成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削
    工具部材。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020514090A (ja) * 2017-03-09 2020-05-21 サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ コーティングされた切削工具
JP2020203802A (ja) * 2019-06-14 2020-12-24 国立研究開発法人産業技術総合研究所 無機被膜を有する被覆材及びその製造方法並びに製造装置

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