JPH0487706A - 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具Info
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- JPH0487706A JPH0487706A JP20044490A JP20044490A JPH0487706A JP H0487706 A JPH0487706 A JP H0487706A JP 20044490 A JP20044490 A JP 20044490A JP 20044490 A JP20044490 A JP 20044490A JP H0487706 A JPH0487706 A JP H0487706A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
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、高速切削や、高送りおよび高切込みなどの
重切削に切削工具として用いた場合には優れた付着強度
を有する硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削
工具に関するものである。
重切削に切削工具として用いた場合には優れた付着強度
を有する硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削
工具に関するものである。
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、必要に応じて硬質相形
成成分として周期律表の４ａ。
たは２種以上を含有し、さらに、必要に応じて硬質相形
成成分として周期律表の４ａ。
５ａ、および６ａ族の金属の炭化物、窒化物、および炭
窒化物、並びにこれらの２種以上の固溶体のうちのＮａ
Ｃｌ型結晶構造成分の１種または２種以上を含有し、残
りが同じく硬質相形成成分としての炭化タングステンお
よび不可避不純物からなる炭化タングステン基超硬合金
基体（以下、ＷＣＣ超超硬合金基体いう）の表面に、周
期律表の４ａ、５ａ、および６ａ族金属、Ａｌｌ、Ｓｉ
の群から選んだ１種の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物
、および酸化物、並びにそれらの２種以上の固溶体から
なる単層または複数層で構成された硬質層（以下、硬質
層ゐいう）を被覆してなる硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金
製切削工具知られている。
窒化物、並びにこれらの２種以上の固溶体のうちのＮａ
Ｃｌ型結晶構造成分の１種または２種以上を含有し、残
りが同じく硬質相形成成分としての炭化タングステンお
よび不可避不純物からなる炭化タングステン基超硬合金
基体（以下、ＷＣＣ超超硬合金基体いう）の表面に、周
期律表の４ａ、５ａ、および６ａ族金属、Ａｌｌ、Ｓｉ
の群から選んだ１種の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物
、および酸化物、並びにそれらの２種以上の固溶体から
なる単層または複数層で構成された硬質層（以下、硬質
層ゐいう）を被覆してなる硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金
製切削工具知られている。
これらの硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切削工具硬質層
は、十分な付着強度が得られないために、付着強度を向
上させるための種々の工夫がなされており、その１例と
して、先ず、ＷＣＣ超超硬合金基体表面を硝酸などの腐
蝕液によりエツチングすることによりＷＣＣ超超硬合金
基体表面粗面とし、この粗面に硬質層を被覆することに
より硬質層の基体表面に対する剥離を抑制する手段かと
られている（特開昭６２−１７４３８０号公報、特開昭
６３１３０２８０号公報参照）。上記の製造方法で得ら
れた硬質層被艮ＷＣ基超硬合金製切削工具は、硝酸など
の腐蝕液によりエツチングされてＷＣＣ超超硬合金基体
表面結合相形成成分が除去されることで基体表面が粗面
となり、この粗面となっているＷＣＣ超超硬合金基体表
面硬質層を被覆すると、基体表面と硬質層の界面部の低
級炭化物形成が抑制され、基体と硬質層との間の熱膨張
係数の相違が界面部で緩和されるために、付着強度の優
れた硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切削工具得られるも
のである。
は、十分な付着強度が得られないために、付着強度を向
上させるための種々の工夫がなされており、その１例と
して、先ず、ＷＣＣ超超硬合金基体表面を硝酸などの腐
蝕液によりエツチングすることによりＷＣＣ超超硬合金
基体表面粗面とし、この粗面に硬質層を被覆することに
より硬質層の基体表面に対する剥離を抑制する手段かと
られている（特開昭６２−１７４３８０号公報、特開昭
６３１３０２８０号公報参照）。上記の製造方法で得ら
れた硬質層被艮ＷＣ基超硬合金製切削工具は、硝酸など
の腐蝕液によりエツチングされてＷＣＣ超超硬合金基体
表面結合相形成成分が除去されることで基体表面が粗面
となり、この粗面となっているＷＣＣ超超硬合金基体表
面硬質層を被覆すると、基体表面と硬質層の界面部の低
級炭化物形成が抑制され、基体と硬質層との間の熱膨張
係数の相違が界面部で緩和されるために、付着強度の優
れた硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切削工具得られるも
のである。
しかし、上記の方法で得られた硬質層被覆ＷＣＣ超超硬
合金製切削工具、高速切削や、高送りおよび高切込みな
どの重切削に切削工具として用いた場合には満足のいく
付着強度が得られないという課題があった。
合金製切削工具、高速切削や、高送りおよび高切込みな
どの重切削に切削工具として用いた場合には満足のいく
付着強度が得られないという課題があった。
その理由を調べたところ、上記従来の硬質層被覆ＷＣＣ
超超硬合金製切削工具、硬質層被覆に先立ってＷＣＣ超
超硬合金基体表面を硝酸などの腐蝕液によりエツチング
されるためにＷＣＣ超超硬合金基体表面結合相形成成分
が除去された粗面の表面に基体構成元素の酸化膜が形成
され、このエツチングにより生成された酸化膜で覆われ
たＷＣＣ超超硬合金基体表面に硬質層を形成しても上記
基体構成元素の酸化膜がＷＣＣ超超硬合金基体硬質層の
間に介在することにより、硬質層が剥離しやすくなり、
付着強度の優れた硬質層は得られないということが分っ
たのである。
超超硬合金製切削工具、硬質層被覆に先立ってＷＣＣ超
超硬合金基体表面を硝酸などの腐蝕液によりエツチング
されるためにＷＣＣ超超硬合金基体表面結合相形成成分
が除去された粗面の表面に基体構成元素の酸化膜が形成
され、このエツチングにより生成された酸化膜で覆われ
たＷＣＣ超超硬合金基体表面に硬質層を形成しても上記
基体構成元素の酸化膜がＷＣＣ超超硬合金基体硬質層の
間に介在することにより、硬質層が剥離しやすくなり、
付着強度の優れた硬質層は得られないということが分っ
たのである。
そこで、本発明者らは、上述のような課題を解決し、高
速切削や重切削に切削工具として用いた場合にも一層の
優れた付着強度をもつ硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切
削工具得るべく研究を行った結果、 （］）通常のＷＣＣ超超硬合金基体、温度：１３００〜
１５００℃の範囲内の所定温度で圧カニ １．０Ｘ１０
〜３Ｔｏｒｒ以下の通常条件より高真空雰囲気中で保持
すると、基体表面の結合相形成成分が揮散して基体表面
が粗面化し、このようにして得られた基体粗面に硬質層
を被覆すると、硬質層の一部がＷＣＣ超超硬合金基体内
部入込む、 （２）上記通常のＷＣＣ超超硬合金基体温度：１３００
〜１５００℃の範囲内の所定温度で圧カニ １．０Ｘ１
０’Ｔｏｒｒ以下の通常条件より高真空雰囲気中で保持
して得られた粗面の表面には従来のエツチングされたＷ
ＣＣ超超硬合金基体表面違って、基体構成元素の酸化膜
が形成されず、表面の残留結合相には内部に比してタン
グステン濃度が高くなっている、 （３）かかる酸化膜がなくタングステン濃度の高い残留
結合相を有する基体粗面の表面に硬質層を被覆すると、
この硬質層の一部が基体内部に入込むと同時に入込んだ
部分には酸化膜がないために基体のタングステンが拡散
侵入し、硬質層が基体内部に入込むことによるアンカー
効果とともにタングステンの拡散による拡散接合効果を
もたらし、硬質層の基体表面に対する剥離を強力に抑制
する、 などの知見を得たのである。
速切削や重切削に切削工具として用いた場合にも一層の
優れた付着強度をもつ硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切
削工具得るべく研究を行った結果、 （］）通常のＷＣＣ超超硬合金基体、温度：１３００〜
１５００℃の範囲内の所定温度で圧カニ １．０Ｘ１０
〜３Ｔｏｒｒ以下の通常条件より高真空雰囲気中で保持
すると、基体表面の結合相形成成分が揮散して基体表面
が粗面化し、このようにして得られた基体粗面に硬質層
を被覆すると、硬質層の一部がＷＣＣ超超硬合金基体内
部入込む、 （２）上記通常のＷＣＣ超超硬合金基体温度：１３００
〜１５００℃の範囲内の所定温度で圧カニ １．０Ｘ１
０’Ｔｏｒｒ以下の通常条件より高真空雰囲気中で保持
して得られた粗面の表面には従来のエツチングされたＷ
ＣＣ超超硬合金基体表面違って、基体構成元素の酸化膜
が形成されず、表面の残留結合相には内部に比してタン
グステン濃度が高くなっている、 （３）かかる酸化膜がなくタングステン濃度の高い残留
結合相を有する基体粗面の表面に硬質層を被覆すると、
この硬質層の一部が基体内部に入込むと同時に入込んだ
部分には酸化膜がないために基体のタングステンが拡散
侵入し、硬質層が基体内部に入込むことによるアンカー
効果とともにタングステンの拡散による拡散接合効果を
もたらし、硬質層の基体表面に対する剥離を強力に抑制
する、 などの知見を得たのである。
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、 ＷＣＣ超超硬合金基体表面に硬質層を被覆してなる切削
工具において、上記硬質層は、ＷＣＣ超超硬合金基体表
面から基体内部に入込み、かつ上記硬質層の少なくとも
基体内部に入込んだ部分にタングステンが拡散含有され
ている硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切削工具特徴を有
するものである。
って、 ＷＣＣ超超硬合金基体表面に硬質層を被覆してなる切削
工具において、上記硬質層は、ＷＣＣ超超硬合金基体表
面から基体内部に入込み、かつ上記硬質層の少なくとも
基体内部に入込んだ部分にタングステンが拡散含有され
ている硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切削工具特徴を有
するものである。
上記硬質層のＷＣＣ超超硬合金基体内部入込む部分の平
均深さは、１〇−以下であることが好ましい。１０ｔｍ
を越えると切削時にチッピングを起こしやすくなるとい
う理由によるものである。さらに、上記硬質層がＷＣＣ
超超硬合金基体内部入込む部分の平均深さは、０．３ｕ
ｎ未満では硬質層剥離抑制効果が十分てないために０．
３ｔｔｒｏ以上であることか好ましい。また、通常のＷ
ＣＣ超超硬合金基体温度： １３００〜１５００℃の範
囲内の所定温度で圧カニ１．ＯＸ ｌＯ’Ｔｏｒｒ以下
の真空雰囲気中で保持する代わりに、所定の組成に配合
した原料粉末の圧粉体を１３００〜１５００℃の範囲内
の所定温度で圧力上ＯＸ ｌｏ’Ｔｏｒｒ以下の真空雰
囲気中で焼結させても同様の効果がある。
均深さは、１〇−以下であることが好ましい。１０ｔｍ
を越えると切削時にチッピングを起こしやすくなるとい
う理由によるものである。さらに、上記硬質層がＷＣＣ
超超硬合金基体内部入込む部分の平均深さは、０．３ｕ
ｎ未満では硬質層剥離抑制効果が十分てないために０．
３ｔｔｒｏ以上であることか好ましい。また、通常のＷ
ＣＣ超超硬合金基体温度： １３００〜１５００℃の範
囲内の所定温度で圧カニ１．ＯＸ ｌＯ’Ｔｏｒｒ以下
の真空雰囲気中で保持する代わりに、所定の組成に配合
した原料粉末の圧粉体を１３００〜１５００℃の範囲内
の所定温度で圧力上ＯＸ ｌｏ’Ｔｏｒｒ以下の真空雰
囲気中で焼結させても同様の効果がある。
つぎに、この発明の硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製切削
工具実施例に基づいて具体的に説明する。
工具実施例に基づいて具体的に説明する。
原料粉末として、それぞれ平均粒径：３ｔ＃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＝５重量％、Ｔｉｃ粉末粉末型３重量
％ａＣ粉末粉末型６重量％り：ＷＣ粉末となるように配
合し、混合したのち、ＩＳＯ規格ＳＮＭＧ４３２の形状
を有する圧粉体に成型し、この圧粉体を通常の条件で焼
結し、ＷＣＣ超超硬合金製チップ作製した。つぎに、こ
のＷＣＣ超超硬合金製チップ温度： １４２０℃、圧カ
ニ１．ＯＸ ｌＯ’Ｔｏｒｒ以下に適宜時間保持するこ
とにより表面粗さのあるＷＣＣ超超硬合金製チップ作製
し、このＷＣＣ超超硬合金製チップ表面に通常の化学蒸
着法により硬質層を形成し、第１表に示される本発明硬
質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜８および比較硬質
層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜２を作製した。
、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末を用意し、これら
粉末を、ＣＯ粉末＝５重量％、Ｔｉｃ粉末粉末型３重量
％ａＣ粉末粉末型６重量％り：ＷＣ粉末となるように配
合し、混合したのち、ＩＳＯ規格ＳＮＭＧ４３２の形状
を有する圧粉体に成型し、この圧粉体を通常の条件で焼
結し、ＷＣＣ超超硬合金製チップ作製した。つぎに、こ
のＷＣＣ超超硬合金製チップ温度： １４２０℃、圧カ
ニ１．ＯＸ ｌＯ’Ｔｏｒｒ以下に適宜時間保持するこ
とにより表面粗さのあるＷＣＣ超超硬合金製チップ作製
し、このＷＣＣ超超硬合金製チップ表面に通常の化学蒸
着法により硬質層を形成し、第１表に示される本発明硬
質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜８および比較硬質
層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜２を作製した。
さらに、比較のために、通常の条件で焼結したＷＣＣ超
超硬合金製チップ５％ＨＮＯ３水溶液に適宜時間浸漬し
てエツチングし、表面粗さのあるＷＣＣ超超硬合金製チ
ップ作製し、このチップの表面に通常の化学蒸着法によ
り硬質層を形成し、第１表に示される従来硬質層被覆Ｗ
ＣＣ超超硬合金製チップ作製した。
超硬合金製チップ５％ＨＮＯ３水溶液に適宜時間浸漬し
てエツチングし、表面粗さのあるＷＣＣ超超硬合金製チ
ップ作製し、このチップの表面に通常の化学蒸着法によ
り硬質層を形成し、第１表に示される従来硬質層被覆Ｗ
ＣＣ超超硬合金製チップ作製した。
これら本発明硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜８
、比較硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜２、およ
び従来硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜８につい
て、チップの切断面を電子顕微鏡観察することにより、
硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分の平均深さを求め
てそれらの測定値を第１表に示し、さらにＥＰＭＡを用
いて硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分のＷの含有量
を求めて第１表に示した。
、比較硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜２、およ
び従来硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜８につい
て、チップの切断面を電子顕微鏡観察することにより、
硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分の平均深さを求め
てそれらの測定値を第１表に示し、さらにＥＰＭＡを用
いて硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分のＷの含有量
を求めて第１表に示した。
このようにして得られた本発明硬質層被覆ＷＣＣ超超硬
合金製チップ〜８、比較硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製
チップ〜２、および従来硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製
チップ〜８について、さらに下記の条件で高送り連続乾
式切削試験を実施し、チップの切刃の逃げ面摩耗幅を測
定するとともに硬質層被覆の剥離状況を観察し、それら
の結果も第１表に示した。
合金製チップ〜８、比較硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製
チップ〜２、および従来硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製
チップ〜８について、さらに下記の条件で高送り連続乾
式切削試験を実施し、チップの切刃の逃げ面摩耗幅を測
定するとともに硬質層被覆の剥離状況を観察し、それら
の結果も第１表に示した。
連続切削試験条件
被削剤： Ｓ Ｎ ＣＭ４３９（ブリネル硬さ：２３０
）、切削速度： １５０ｍ １ｓｉｎ、、 送 リ： ０．６５ｍ／ｒｅｖ、、切込み：２１１
Ｉ１１１ 切削時間： １５ｍ４ｎ。
）、切削速度： １５０ｍ １ｓｉｎ、、 送 リ： ０．６５ｍ／ｒｅｖ、、切込み：２１１
Ｉ１１１ 切削時間： １５ｍ４ｎ。
第１表に示される結果から、本発明硬質層被覆ＷＣＣ超
超硬合金製チップ〜８は、硬質層が基体内部に入込んだ
侵入部分のＷの含有量が多く、いずれも硬質層の剥離が
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ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜８は、硬質層が基体
内部に入込んだ侵入部分のＷの含有量がなく、あっても
ごく僅かであり、硬質層の剥離が大きく、このため切削
性能が劣ったものであることか明らかである。
超硬合金製チップ〜８は、硬質層が基体内部に入込んだ
侵入部分のＷの含有量が多く、いずれも硬質層の剥離が
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ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜８は、硬質層が基体
内部に入込んだ侵入部分のＷの含有量がなく、あっても
ごく僅かであり、硬質層の剥離が大きく、このため切削
性能が劣ったものであることか明らかである。
また比較硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金製チップ〜２に見
られるように、この発明の条件から外れると（第１表に
おいてこの発明の条件から外れている値に茶印を付して
示した）、チッピングが生じたり、硬質層の剥離が大き
く、このため切削性能が劣り、チップの寿命も短くなる
ことは明らかである。
られるように、この発明の条件から外れると（第１表に
おいてこの発明の条件から外れている値に茶印を付して
示した）、チッピングが生じたり、硬質層の剥離が大き
く、このため切削性能が劣り、チップの寿命も短くなる
ことは明らかである。
上述のように、この発明の硬質層被覆ＷＣＣ超超硬合金
切削工具、優れた耐摩耗性を有し、実用に際しては、優
れた性能を長期にわたって発揮することにより工業上優
れた効果をもたらすものである。
切削工具、優れた耐摩耗性を有し、実用に際しては、優
れた性能を長期にわたって発揮することにより工業上優
れた効果をもたらすものである。
Claims (2)
- （１）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、必要に応じて硬質相形成
成分として周期律表の４ａ，５ａ，および６ａ族の金属
の炭化物、窒化物、および炭窒化物、並びにこれらの２
種以上の固溶体のうちのＮａＣｌ型結晶構造成分の１種
または２種以上を含有し、残りが同じく硬質相形成成分
としての炭化タングステンおよび不可避不純物からなる
炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、周期律表の
４ａ，５ａ，および６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群から選
んだ１種の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物、
およびそれらの２種以上の固溶体からなる単層または複
数層で構成された硬質層を被覆してなる切削工具におい
て、 上記硬質層は、炭化タングステン基超硬合金基体の表面
から基体内部に入込み、かつ上記硬質層の少なくとも基
体内部に入込んだ部分にタングステンが拡散含有されて
いることを特徴とする硬質層被覆炭化タングステン基超
硬合金製切削工具。 - （２）上記硬質層の炭化タングステン基超硬合金基体内
部一に入込んだ部分の平均深さは０．３〜１０μｍであ
ることを特徴とする請求項１記載の硬質層被覆炭化タン
グステン基超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20044490A JP2900553B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20044490A JP2900553B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP1253124A1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-10-30 | Toshiba Tungaloy Co., Ltd. | Highly adhesive surface-coated cemented carbide and method for producing the same |
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