JPH04236772A - 硬質層被覆超硬合金製切削工具 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フライス切削などの
断続切削に用いた場合に優れた切削性能を示すことは勿
論のこと、連続切削に用いた場合でも特に中低速の連続
切削に用いた場合に優れた切削性能を示す硬質層被覆超
硬合金製切削工具およびその製造法に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】一般に、結合相形成成分として、鉄族金
属のうち１種または２種以上を含有し、さらに必要に応
じて周期律表の４ａ，５ａ，および６ａ族金属の炭化物
、窒化物、炭窒化物を０．５〜３０重量％含有し、残り
が炭化タングステン（以下、ＷＣと記す、）および不可
避不純物からなる超硬合金基体（以下、超硬合金基体と
いう）の表面に、ＴｉＣＮ層を物理蒸着法により被覆し
てなる硬質層被覆超硬合金製切削工具は知られている（
特開昭５２−１０８７１号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
得られた従来の物理蒸着法により形成されたＴｉＣＮ層
の結晶粒径は粗大であるためにＴｉＣＮ層の靭性が不足
し、従来の物理蒸着法により形成されたＴｉＣＮ層を有
する硬質層被覆超硬合金製切削工具は、フライス切削な
どの断続切削に用いた場合にはＴｉＣＮ硬質層が剥離し
、その部分から欠損が発生し、満足のいく使用寿命が得
られないという課題があったのである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上述のような課題を解決し、フライス切削などの断続切
削に用いた場合にも一層の長寿命を示す硬質層被覆超硬
合金製切削工具を得るべく研究を行った結果、超硬合金
基体の表面に炭窒化チタンの単一硬質層を被覆してなる
硬質層被覆超硬合金製切削工具において、上記炭窒化チ
タンの単一硬質層の組成をＴｉ（ＣｘＮｙ）〔ただし、
ｘ＋ｙ＝１〕で表すと、上記Ｔｉ（ＣｘＮｙ）における
ｘを超硬合金基体に接する最内面から最外面に向かって
連続的に増加するように変化せしめるとともに、ｙを連
続的に減少するように変化せしめると、上記Ｔｉ（Ｃｘ
Ｎｙ）層の結晶粒は微細化し耐剥離性の優れた硬質層被
覆超硬合金製切削工具が得られるという知見を得たので
ある。

【０００５】この発明は、かかる知見にもとづいて成さ
れたものであって、超硬合金基体の表面に、Ｔｉ（Ｃｘ
Ｎｙ）〔ただし、ｘ＋ｙ＝１〕で示される組成を有する
炭窒化チタン単一硬質層を被覆してなる切削工具であっ
て、上記炭窒化チタンＴｉ（ＣｘＮｙ）単一硬質層にお
ける、ｘは、超硬合金基体に接する最内面で最小値をと
り、かつ最内面から最外面に向かって層厚方向に増加す
るように変化して最外面で最大値をとり、一方、ｙは、
超硬合金基体に接する最内面で最大値をとり、かつ最内
面から最外面に向かって層厚方向に減少するように変化
して最外面で最小値をとる、硬質層被覆超硬合金製切削
工具、並びに物理蒸着反応炉内に超硬合金基体を装備し
、反応ガスとして窒素ガスと炭化水素ガスの混合ガスを
導入しながら硬質層を物理蒸着する硬質層被覆超硬合金
製切削工具の製造法において、上記混合ガスの窒素ガス
の比率を、上記物理蒸着開始から終了に至るまでに減少
させ、同時に上記混合ガスの炭化水素ガスの比率を、物
理蒸着開始から終了に至るまでに増加するように変化せ
しめる硬質層被覆超硬合金製切削工具の製造法、に特徴
を有するものである。

【０００６】この発明の硬質層被覆超硬合金製切削工具
における炭窒化チタン単一硬質層を形成するには、イオ
ンプレーティング装置等の物理蒸着装置を用いる。上記
物理蒸着装置に導入する反応ガスは、窒素ガスと炭化水
素ガスの混合ガスであり、この混合ガスは、図１のグラ
フに示されるように、物理蒸着の進行にともなって、窒
素ガス導入量を連続的に減少させるとともに、これに反
比例するように炭化水素ガスを連続的に増加するように
供給する。窒素ガス導入量および炭化水素ガス導入量は
、断続的に変化させても良いが、連続的に変化させるほ
うが好ましく、図１のグラフでは、窒素ガス導入量およ
び炭化水素ガス導入量を直線的に連続して変化させてい
るが、これに限定されるものではなく、曲線的に連続し
て変化させてもよい。

【０００７】このようにして得られた炭窒化チタン単一
硬質層をＴｉ（ＣｘＮｙ）〔ただし、ｘ＋ｙ＝１〕で表
すと、ｘおよびｙの値は、反応ガスとして窒素ガスと炭
化水素ガスの混合ガスを導入する関係から、それぞれ０
．０５≦ｘ≦０．９５および０．０５≦ｙ≦０．９５の
範囲内の値をとり、超硬合金基体に接する最内面でＴｉ
Ｎが最大成分として含まれるために超硬合金基体に対す
る付着性が優れ、一方、切削時に直接影響を受ける最外
面で高硬度のＴｉＣが最大成分となるので耐摩耗性が優
れ、単一硬質層でありながら付着性および耐摩耗性の両
方を兼備えた優れた特性を有するのでフライス切削など
の断続切削に特に有効である。また、上記炭窒化チタン
単一硬質層を有するこの発明の硬質層被覆超硬合金製切
削工具は、一般に逃げ面磨耗が激しいとされている中低
速（切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ　未満）の連続切削に
も有効である。

【０００８】この炭窒化チタン単一硬質層の厚さは、２
０μｍ以下であることが好ましい。２０μｍを越えると
切削時に基体との間に熱膨脹の差が大きくなり、亀裂が
生じて剥離しやすくなる。一方、上記単一硬質層が０．
５μｍ未満では硬質層摩耗抑制効果が十分でないために
０．５μｍ以上であることが好ましい。

【０００９】

【実施例】つぎに、この発明の硬質層被覆超硬合金製切
削工具を実施例に基づいて具体的に説明する。

【００１０】原料粉末として、それぞれ平均粒径：３μ
ｍのＣｏ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末を用
意し、これら粉末を、Ｃｏ粉末：９重量％、ＴｉＣ粉末
：１重量％、ＴａＣ粉末：２重量％、残り：ＷＣ粉末と
なるように配合し、混合したのち、圧粉体に成型し、こ
の圧粉体を通常の条件で焼結して焼結体を製造し、この
焼結体を研削してＩＳＯ規格ＴＮＧＡ１６０４０８の形
状を有するＷＣ基超硬合金製チップを作製した。

【００１１】つぎに、このＷＣ基超硬合金製チップを通
常のイオンプレーティング装置内の上方に装着し、一方
、上記イオンプレーティング装置内の下方に設置された
ルツボ内には、Ｔｉ金属を充填した。かかる状態で上記
イオンプレーティング装置内を１×１０−５Ｔｏｒｒの
真空に保持し、昇温速度：６℃／ｍｉｎ　で７００℃に
昇温させた。つづいて、この温度に保持しながら、５×
１０−２ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気に保持してボンバー
ドクリーニングし、ついで、Ｔｉ金属を通電等により加
熱蒸発させるとともに、供給口より窒素ガス：９９．９
５容量％、アセチレンガス：０．０５％の混合ガスとな
るように導入し、イオンプレーティング装置内の圧力を
１．０×１０−４Ｔｏｒｒに維持し、上記窒素ガスは、
次第に減少するように供給すると同時にアセチレンガス
は、次第に増加するように供給しながら窒素ガスとアセ
チレンガスの量を反比例するように連続的に変化させな
がら物理蒸着を行い、上記ＷＣ基超硬合金製チップの表
面に表１に示される厚さの炭窒化チタン単一硬質層を被
覆してなる本発明硬質層被覆超硬合金製チップ１〜８を
製造した。

【００１２】上記炭窒化チタン単一硬質層の組成をＥＰ
ＭＡを用いて測定したところ、炭窒化チタン単一硬質層
の炭素は、超硬合金基体に接する最内面で最小値をとり
かつ最内面から最外面に向かって層厚方向に連続的に増
加するように変化して最外面で最大値をとり、一方、窒
素は、超硬合金基体に接する最内面で最大値をとりかつ
最内面から最外面に向かって層厚方向に連続的に減少す
るように変化して最外面で最小値を示す濃度勾配を有し
ていることが分った。

【００１３】さらに、上記炭窒化チタン単一硬質層をＸ
線回折し、（２００）面の半価幅を用いてＳｃｈｅｒｒ
ｅｒの式により平均結晶粒径を算出してその結果を表１
に示した。

【００１４】［従来例］一方、比較のために、実施例の
ボンバードクリーニングしたのち、窒素ガスおよびアセ
チレンガスを１：１の容量比で混合した一定混合比率の
混合ガスを流すことにより、上記ＷＣ基超硬合金製チッ
プの表面に炭窒化チタン層からなり表１に示される厚さ
を有する従来硬質層被覆超硬合金製チップ１〜４を製造
した。この従来硬質層被覆超硬合金製チップ１〜４につ
いてもＸ線回折し、（２００）面の半価幅を用いてＳｃ
ｈｅｒｒｅｒの式により平均結晶粒径を算出してその結
果を表１に示したこれら本発明硬質層被覆超硬合金製チ
ップ１〜８および従来硬質層被覆超硬合金製チップ１〜
４について、下記の条件で連続切削試験および断続切削
試験を実施し、それらの切削試験結果を表１に示した。

【００１５】連続乾式切削試験 被削材：ＳＮＣＭ４３９（ブリネル硬さ：２５０）、切
削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ　、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：１．５ｍｍ、 の条件で連続乾式切削し、チップの切刃の逃げ面摩耗幅
が０．３ｍｍになるまでの時間（分）を測定した。

【００１６】断続乾式切削試験 被削材：ＳＣＭ４４０（ブリネル硬さ：３００）製で軸
方向外周に４本の溝の付いた円柱体、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ　、 送り：０．２１ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：１．０ｍｍ、 切削時間：２ｍｉｎ　、 の条件で切削し、１０個の試験切刃のうちの欠損発生切
刃数を測定した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】表１に示される結果から、本発明硬質層
被覆超硬合金製チップ１〜８の被覆硬質層の結晶粒径は
微細であり、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ　未満の中低
速連続乾式切削において優れた効果を発揮し、さらに断
続乾式切削においても、いずれも欠損発生がほとんどな
く、あってもごく僅かであることから長期にわたって優
れた切削性能を発揮するのに対し、従来硬質層被覆超硬
合金製チップ１〜４は、チップの切刃の逃げ面摩耗幅が
０．３ｍｍになるまでの時間が短く、欠損発生も多く、
従って、チップの寿命も短いところから切削性能が劣っ
たものであることが明らかである。

【００１９】上述のように、この発明の硬質層被覆超硬
合金切削工具は、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有す
るので、優れた切削性能を長期にわたって発揮すること
ができ、産業上優れた効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】窒素ガスおよび炭化水素ガスの導入量を模型的
に示したグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　超硬合金基体の表面に、Ｔｉ（ＣｘＮ
   ｙ）〔ただし、ｘ＋ｙ＝１〕で示される組成を有する炭
   窒化チタン単一硬質層を被覆してなる切削工具であって
   、上記炭窒化チタンＴｉ（ＣｘＮｙ）単一硬質層におけ
   る、ｘは、超硬合金基体に接する最内面で最小値をとり
   、最内面から最外面に向かって層厚方向に増加するよう
   に変化して最外面で最大値をとり、一方、ｙは、超硬合
   金基体に接する最内面で最大値をとり、最内面から最外
   面に向かって層厚方向に減少するように変化して最外面
   で最小値をとる、ことを特徴とする硬質層被覆超硬合金
   製切削工具。
2. 【請求項２】　　物理蒸着反応炉内に超硬合金基体を装
   備し、反応ガスとして窒素ガスと炭化水素ガスの混合ガ
   スを導入しながら硬質層を物理蒸着する硬質層被覆超硬
   合金製切削工具の製造法において、上記混合ガスの窒素
   ガスの比率を、物理蒸着開始から終了に至るまでに減少
   させ、同時に上記混合ガスの炭化水素ガスの比率を、物
   理蒸着開始から終了に至るまでに増加するように変化せ
   しめることを特徴とする硬質層被覆超硬合金製切削工具
   の製造法。