JPH0387368A - 被覆超硬合金工具の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は旋削用被覆超硬合金工具の改良に関するもので
ある。詳細には、より高速切削性能を向上した被覆超硬
合金工具の応用範囲の拡大に関する。

〔従来の技術］ 硬質相がＷＣｌ　（ＷＴｉＴａ）Ｃ及びＣＯからなる超
硬合金にＴｉＣ，Ａｌ２Ｏ３、Ｔ　ｉ　ＣＮ。

ＴｉＮ等を種々組み合わせた多層被覆工具は、その適用
範囲が広くかつ長寿命の切削工具等として実用に供せら
れている。

その製造方法は主としてＣＶＤ法、ＰＶＤ法が用いられ
ているが、プロセス技術の進歩により様々な被覆方法も
とられている。

また、基体にはＪＩＳ　　Ｍ系超硬合金にＴ　ｉ　Ｎ。

を微量添加した合金が広く用いられ、窒素の添加により
、脱β層等の表面改質が計れ、より靭性が向上している
。従来、耐摩耗性重視の用途にはＣＶＤ法によりＴｉＣ
，Ａｌ２Ｏ３等の多層被覆が使用され耐欠損性重視の用
途には強度の劣化が少ないＰＶＤ法によりＴｉＮを被覆
した工具が適用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の様に従来の耐摩耗重視の用途には、ＴｉＣ，Ａｌ
２Ｏ３等の被覆を実施し表面部に耐摩耗性の高い膜を被
覆し効果を上げているが、その反面、成膜時に基体と皮
膜界面に生ずる脆弱な脱炭層のため耐欠損性に弱いとい
う欠点があり、その改善として基体中にカーボンを過剰
に添加したり、表面近傍にカーボンを富化させたりして
その強度の改善を計っている。しかし、基体中にカーボ
ンを富化させることは、基体中の＃４塑性変形性、耐摩
耗性を減するため、カーボンは可能な限り低い法が好ま
しい。

［問題点を解決する手段〕 しかしながら、本発明者らはＪＩＳ　　Ｍ系超硬合金に
おいて窒化物を添加することにより、カーボンを過剰に
富化させた状態においても、またカーボンが高炭素領域
に属する領域においても、耐塑性変形性、耐摩耗性を劣
化させない検討としてクリープ特性に着目し、種々検討
した結果、窒化物を微を添加した時に、耐クリープ性が
著しく向上することを見いだした。

この窒化物は４ａ、５ａ族の窒化物、炭窒化物で有れば
良く、その用途、目的に応じて、例えば、高速連続切削
等にはＮｂＮ、ＴｉＮ等がＩｔＬ、　　断続を含むよう
な用途、目的にはＴａＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等が優れる傾
向にあり、また複数の窒化物、炭窒化物を使用しても同
様な効果が得られる。また添加量よりも焼結体にどの程
度の窒素量を残存させるかが重要である。

〔作用〕

以上のごとく、本発明は周期律表の４　ａ、　　５　ａ
。

６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｆｅ
族、Ｃｒ族の１種以上よりなるＷＣ基超硬合金を基体と
し、最終焼結体における窒素含有量が１００〜３０００
ｐｐｍで有り、その焼結体を基体とし、基体上に内層が
０．５−１０ミクロンの有機ＣＮ化合物を反応ガスとす
るＣＶＤ法による炭窒化チタン、中間層に１．０−１０
ミクロンのＣＶＤ法による炭化チタン、窒化チタン、炭
窒化チタンの１種または２種以上、最外層として０゜５
−５ミクロンのＣＶＤ法による酸化アルミニウム及び／
または窒化チタンを被覆したことを特徴とする被覆超硬
合金工具である。

本発明による被覆工具の基体及び膜は以下の理由により
限定される。

１）最終焼結体における窒＃、量 １００〜６０００ｐｐｍ ４ａ族、５ａｔｓの窒化物を微量添加することにより結
合相の合金元素の固溶量が増加するためと考えられ、　
１ｏｏｐｐｍ以下では固溶量が十分でなく、また６ｏｏ
ｏｐｐｍ以上では焼結時に窒化物の分解によるガスのた
めポアーが発生し易くなるため、　１００〜６０ｏＯｐ
ｐｍとした。

２）内層　０．　５〜１０ミクロン 有機ＣＮ化合物を使用するＣＶＤ法 炭法化窒化チ タンが０．５ミクロン未満ではＣの移動を抑制するのに
充分な効果がなく、また単層で１０ミクロンを越えると
著しく靭性を阻害するために、０．５〜１０ミクロンと
した。

３）中間層　１．０〜１０ミクロン ＣＶＤ法 炭化チタン、窒化チタン、 炭窒化チタンの１種または２種以上 中間層が１．　０ミクロン未満では充分な耐摩耗性を付
与することが出来ず、　１０ミクロンをこえると一層と
して厚く成りすぎ跪くなるため、　１．０〜１０ミクロ
ンとした。

また、２）３）を繰り返し被覆し、皮膜の粗粒化を防止
しつつ厚膜化を計った場合でも１０ミクロン以下が望ま
しい。

４）最外層　０．５〜５ミクロン ＣＶＤ法 酸化アルミニウムまたは窒化チタン 最外層が０．５ミクロン未満では充分な耐摩耗性を付与
することが出来ず、５ミクロンをこえると一層として厚
く成りすぎ跪くなるため、　１．０〜５ミクロンとした
。

以下、本発明に関し具体的に説明する。

〔実施例１〕 市販のＷＣ粉末（平均粒度５．０μｍ）　　　ＴｉＣ粉
末（同］、Ｏμｍ）　　　ＴｉＮ粉末（同１゜０μｍ）
、ＴａＣ粉末（１，５μｍ）及び結合相としてＣｏ粉宋
を使用して、一般に旋削用の基体に使用されるＪＩＳ　
　Ｍ２０相当（組成残ＷＣ−２ＴｉＣ−５ＴａＣ−７Ｃ
ｏ−１，５〜０．２ＴｉＮ）になるように配合した。こ
れらの粉末を配合し、混合終了後、乾燥した（麦、プレ
ス成形し、真空中１４００°Ｃでｌｈｒ焼結したのち、
抗折力試験片を製作した。その焼結体の窒素含有量を確
認するため、燃焼法による窒素分析を行った結果、を第
１表に示す。例えば１．０％ＴｉＮを添加した合金の窒
素含は１６００ｐｐｍであった。　（配合時の添加量は
２２００ｐｐｍであり、相当量脱窒素を生じている。） また、高温クリープ、耐熱衝撃性、耐酸化性を試験し、
第１表に示す結果を得た。高温クリープ試験は抗折力試
験片（Ｊ　Ｉ　Ｓ試験片）を不活性ガス雰囲気中１００
０″Ｃで３点まげ試験を負荷応力５０　ｋ　ｇ　／　ｃ
　ｍ　’で行い破断時間を調べた。耐熱衝撃性は同様な
ＪＩＳ試験片を不活性ガス雰囲気中８００″Ｃに加熱し
た炉中に１０分間保持した後、２０℃の水中に焼き入れ
し、熱クラツク発生までの回数を調べた。さらに、耐酸
化性試験は８００°ｑ　大気中に１時間保持した後の増
量で調べた。

これらの結果も併せて第１表に示す。

第１表より明らかなように−窒素の添加量の増加ととも
に、クリープ破断の時間は延びるが、熱クラツクには弱
くなる。また酸化増量はＮ量と反比例して減少する傾向
にある。

〔実施例２〕 実施例１で用いた合金よりＳＮＭＡ４３２の形状のチッ
プを加工した。また、このチップをＣ■Ｄ反応炉中に設
置し、Ｈ２ガスを流しながら、　８００℃まで昇温した
。８００℃よりＴｉＣｌ４２％、ＣＨ３ＣＮ　　２％、
Ｎ２残からなる混合気体を流量７　￥Ｋ　／　ｍ　ｉ　
ｎ　　圧力４０　ｍ　ｍ　Ｈｇの条件で供給し０、　５
時間反応させ基体上にＴ１ＣＮを２ミクロン被覆した。

そのチップを、さらに１０００°Ｃまで昇温し、混合気
体をＴｉＣｌ４２％、Ｎ２２％の組成に変え６時間反応
させ基体上にＴｉＮを６ミクロン形成させた。次に混合
気体をＣＯ２２％　ＡｌＣｌ３２％　Ｎ２残からなる混
合気体を流１７７Ｋ　／　ｍ　ｉ　ｎ圧力４０ｍｍＨｇ
の条件で供給し４時間反応させ基体上にＡ　１２０３を
２ミクロン被覆した。

このチップを市販のＴｉＣ６ミクロン−Ａ　１２０３２
ミクロンのチップと切削試験を以下の条件で実施した。

切削試験の条件は構造用鋼丸棒の長手連続切削にて実施
した。長手連続切削では耐クリープ試験と同様負荷が連
続的に加わり、切削性能上重要な耐塑性変形性を確認し
た。

切削速度　２００　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎ送り　　　　０
．　２ｍｍ／ｒｅｖ 切込み　　３．０ｍｍ 切削時間　２ｍ１ｎ その結果、本発明のチップは窒素量の増加にともない塑
性変形量が減少し、正常な摩耗を示したのに対し、市販
のチップは塑性変形が大きく、戦端に異常な摩耗が発生
している。さらに耐摩耗性を比較するため切削速度を１
５０ｍ／ｍｉｎに変更した以外は同様な切削条件で丸棒
を使用して行った。切削時間２分では各チップとも大差
ないが３０分切削後の逃げ面最大摩耗量は本発明チップ
と市販チップでは定収摩耗での傾きが異なり大きな差と
なった。

〔発明の効果〕

本発明の被覆超硬合金工具は最終焼結体における基体に
窒素量を特定することにより、基体中の耐クリープ性を
向上させ、刃先強度を増し、耐塑性変形性、耐摩耗性を
向上させたものであり、被覆工具の特徴である高速連続
切削分野へより適用範囲を広げた工具である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族の炭化物、窒化物、炭
   窒化物の１種以上と、Ｆｅ族、Ｃｒ族の１種以上よりな
   るＷＣ基超硬合金を基体とし、最終焼結体における窒素
   含有量が１００〜６０００ｐｐｍで有り、その焼結体を
   基体とし、基体上に内層が０．５−１０ミクロンの有機
   ＣＮ化合物を反応ガスとするＣＶＤ法による炭窒化チタ
   ン、中間層に１．０−１０ミクロンのＣＶＤ法による炭
   化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンの１種または２種
   以上、最外層として０．５−５ミクロンのＣＶＤ法によ
   る酸化アルミニウム及び／または窒化チタンを被覆した
   ことを特徴とする被覆超硬合金工具。