JPH0463605A - 被覆超硬質合金工具 - Google Patents

被覆超硬質合金工具

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JPH0463605A
JPH0463605A JP17427890A JP17427890A JPH0463605A JP H0463605 A JPH0463605 A JP H0463605A JP 17427890 A JP17427890 A JP 17427890A JP 17427890 A JP17427890 A JP 17427890A JP H0463605 A JPH0463605 A JP H0463605A
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tin
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Masayuki Matsuzaki
松崎 正幸
Hitoshi Horie
堀江 仁
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Moldino Tool Engineering Ltd
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Hitachi Tool Engineering Ltd
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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] 本発明は被覆超硬質合金工具の改良に関するものである
。詳細には、耐欠損性を向上した被覆超硬質合金工具の
応用範囲の拡大に関するものである。
[従来の技術] 硬質相がWCl (WTiTa)C及びCOからなる超
硬質合金にT i C,A l 203、TiCN、T
iN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、耐層工具等として実用
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系層硬合金にTiN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T i C−
A 1203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。
[91明が解決しようとする問題点〕 つぎに、超硬質合金の基体については、従来M20〜M
30相当の合金にTiN等の窒化物を添加し、表面近傍
に、いわゆる脱ベータ層を作り(基体表面から5〜50
ミクロン程度をWC−CO相とする)、皮膜から伝播す
るクラック等の伸展を阻害し、基体−皮膜の強度を高め
る方法が取られている。 (特開昭54−87119)
しかし、この方法では、 1)基体中に多量の窒化物を添加するため、焼結性が悪
くなり、欠陥が発生しやすくなる。
2)皮膜最内層がTiC,TiN等のTi化合物であり
、接合部分が同種の材料でないため、密着強度が弱く、
特にTiCの場合番辷はカーボンの移動による脱炭層が
生じやすい等の欠点がある。
そのため、特開昭54−87119では、基体中にフリ
ーカーボンを0.01〜0.5%程度含有させる等の対
策を講じている。
つぎに、皮膜について、その要因は数多くあり、用途に
より特長を持たせる事が可能である。そのため化学蒸着
法(CVD)の特長を生かして、強度を優先する皮膜の
適用、すなわち、基体と皮膜間の脱炭層を少なくするた
めにはカーボンの総量を多くするよう選定し、かつ、皮
膜−皮膜間の密着性、微細化を確保するため1つの層を
薄くすることに効果がある。
c問題点を解決するための手段] そのため、本発明者らはJIS  M系層硬合金におい
て脱ベータ層を前提とし、脆弱な脱炭層の生成の防止に
関して種々検討した結果、CVD法でTiC皮膜を組み
合わせる基体表面近傍の結合相中に窒素を固溶している
と脱炭層の原因となるカーボンの移動が減少し脱炭層の
生成が著しく減少することを見いだした。そのため基体
との密着がよく、また、基体中にCの含有量を内層にT
iCを密着性が改善される程度組み合わせても、脱ベー
タ層による強度の向上と、脱炭層を減少する事が可能と
なり、総合的に重断続切削の衝撃によるチッピングや皮
膜の剥離に対し、十分な強度の被覆工具が得られた。
[作用] 以上のごとく、本発明は周期律表の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種以上よりなる超硬jt弊金合金゛を基
体とし、該基体表面に5〜50ミクロンの脱ベータ層を
生成し、その基体上に 1)内層としてTiC0,2〜5ミクロン2)外層とし
てTiC,TiN、TiCNまたはAl2O3の1種ま
たは2種以上5〜15ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具である。
本発明による被覆工具の脱ベータ層、皮膜は以下の理由
により限定される。
1)脱ベータ層 5〜50ミクロン 脱ベータ層の厚さが5ミクロン未満では充分な強度を付
与することが出来ず、50ミクロンをこえると耐摩耗性
(耐溶着性)が悪くなるため5〜50ミクロンとした。
また、脱ベータ層を生成するためには窒化物を添加し、
その脱窒現象を応用した溶質移動により生成する方法が
一般的に行われているが、本発明では焼結時の雰囲気調
整を窒素雰囲気と浸炭性雰囲気を調整することにより結
合金属量をほぼ同量に保ちつつ生成する事ができる。ま
た、TiNでも十分生成出来るが、他の窒化物でも、例
えばTa、Nb等の5a族の窒化物、炭窒化物でもその
禄加量と窒素雰囲気調整により十分生成する事ができる
2)内層 TiC0,2〜5ミクロン 基体W C−Co合金との密着性を保つためには0.2
ミクロン以上必要であり、また5ミクロンを越えると界
面に脱炭層を生じやすくなるため0.2〜5ミクロンと
した。
3)外層  TiC,TiN、TiCNまたはAl2O
3の1種または2種以上 5〜15ミクロン 耐摩耗性を十分にもたせるため、5ミクロン以上必要で
あり、また15ミクロンを越えると皮膜全体の厚さが厚
くなり剥離を生じやすくなるため、5〜15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1.O,um)   TiN粉末(同1゜0μm
)、TaC粉末(1,5,un)及び結合相としてCO
粒粉末使用して、一般に旋削用の基体に使用されるJI
SM20相当(組成86WC−2TiC−5TaC−7
Co−0,2TiN)になるように配合した。これらの
粉末をN量を変化させつつ配合し、混合絆了後、乾燥し
た債、プレス成形し、窒素雰囲気を調整した真空中14
00℃でlhr焼結したのち、SNMA432の形状に
加工した。
このチップを研磨し脱ベータ層の厚さを測定した結果を
第1表に示す、N量が少ないと十分な脱ベータ層は生成
できずある程度以上の添加量が必要であり、また、添加
はTiNとして実施し、雰囲気調整はNガスを焼結途上
より導入した。
第1表 [実施例2] 実施例1と同様な粉末とTiN粉末(1,5μm)Nb
N粉宋(1,5μm)を使用して、液相発生温度以下に
おける焼結時の真空度、保持時間を変化させる事により
脱ベータ層の厚さを変化さTaN、NbN等の窒化物で
も添加量と雰囲気の調整により十分な厚さの脱ベータ層
が得られる。
第2表 応じて様々な表面処理を実施した。TiCはCvD反応
炉中に設置し、H2ガスを流しながら、1000℃まで
昇温しTiCl42%、CH44%、H2残からなる混
合気体を流量了リッター/ m l n圧力40mmH
gの条件で供給し0.2時間〜3時間反応させ基体上に
TiCを0.2〜6ミクロンの被覆層を形成させた。
制作した資料のlI賀と膜厚を第1表に示す。
第1表 [実施例3] 実施例1.試料番号3で用いたJIS  M30相当の
超硬合金(脱ベータ層25ミクロンを生成)、でSNM
A432を製作した。その表面に目的に結果 ロ;チッピングを生じたもの 0;正常摩耗 そのチップの耐欠損性と、剥離性をNuするため、 フ
ライス工具での1枚方切削にて切削試験を実施した。
ホルダー ダブルネガタイプ 1枚方 チップ  SNMA432 被削材  SCM440   )(S45切削速度 2
00 m / m i n送り   0.3mm/刃 切り込み 約5mm 寿命判定 5分切削債の損傷観察 切削後の損傷状態は、剥離によるもの、チッピングを生
じたもの、正常摩耗の3種類に分類できるが、その結果
を第3表に併記する。
第31!より内層TiCではある程度lくても剥離を生
じないが、TiC層がない場合には剥離を生じた。しか
し、内層TiCが厚くなるにしたがい脱炭層の生成が多
くなる傾向にあった。
【実施例4〕 実施例1、試料番号5で用いたJIS  M30相当の
超硬合金(脱ベータ層35ミクロンを生成)、でSNM
A432を製作した。その表面に目的に応じて様々な表
面処理資実施した。その層構造を第4表に示す。
第4表 * : 30 (7) 層?11 造!f Tic−T
iCN−1,5It A1203−2.0TiN−−1
,5μAlz03 切削試験の条件は構造用鋼丸棒の断続切削にて実施した
。漸統切mでは負荷が**的に加わり、切削性能上重要
な耐チッピング性を確認した。
切削速度 200 m / m i n送り    0
. 2mm/re’v 切込み  3.0mm 切削時間 2m1n その結果、本発明のチップは皮膜の多層化に伴い、正常
な摩耗を示し、かつ、チッピングもながった。さらに耐
HR性を比軟するため同様な切削条件で継続して行った
。切削時rIR10分では各チップとも大差ないが、3
0分切削後の逃げ面最大摩耗量ではいずれも正常摩耗を
示し、多層化の効果がW認できた。
C発明の効果〕 本発明の被覆超硬質合金工具は皮膜内層TiCを生かし
た基体表面近傍の強度アップと、脱炭層の減少を達成し
、刃先強度を増し、耐チッピング性、耐摩耗性を向上さ
せたものであり、被覆工具の寿命安定性をまし、より適
用範囲を広げた工具である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 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
    なる超硬質合金を基体とし、該基体表面に5〜50ミク
    ロンの脱ベータ層を生成し、その基体上に 1)内層としてTiC0.2〜5ミクロン 2)外層としてTiC、TiN、TiCNまたはAl_
    2O_3の1種または2種以上5〜15ミクロン 被覆したことを特徴とする被覆超硬質合金工具。
  2. 2.特許請求の範囲第1項において、該基体表面に脱ベ
    ータ層を生成するため、窒化物を含有させた事を特徴と
    する超硬質合金工具。
  3. 3.特許請求の範囲第2項において、該基体表面の脱ベ
    ータ層を生成するため、TiNをN量に換算して0.0
    5〜0.5%含有してなることを特徴とする超硬質合金
    工具。
  4. 4.特許請求の範囲第2項において、該基体表面の脱ベ
    ータ層を生成するため、TaNをN量に換算して0.1
    〜1.0%含有してなることを特徴とする超硬質合金工
    具。
  5. 5.特許請求の範囲第1項において、第3層の皮膜がA
    l_2O_3の複層から成る事を特徴とする超硬質合金
    工具。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55148762A (en) * 1979-05-08 1980-11-19 Mitsubishi Metal Corp Surface-coated super hard alloy tool
JPS55148764A (en) * 1980-04-24 1980-11-19 Mitsubishi Metal Corp Super hard alloy member having hard surface-coating layer with high adhesive strength
JPS5662961A (en) * 1979-10-26 1981-05-29 Mitsubishi Metal Corp Surface coated sintered hard alloy member for cutting tool

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