JPH05171442A - 被覆超硬合金およびその製造方法 - Google Patents

被覆超硬合金およびその製造方法

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JPH05171442A
JPH05171442A JP3342985A JP34298591A JPH05171442A JP H05171442 A JPH05171442 A JP H05171442A JP 3342985 A JP3342985 A JP 3342985A JP 34298591 A JP34298591 A JP 34298591A JP H05171442 A JPH05171442 A JP H05171442A
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JP
Japan
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cemented carbide
phase
group
alloy
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JP3342985A
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English (en)
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Minoru Nakano
稔 中野
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高能率加工条件下で耐摩耗性と靱性を保持した
工具となる被覆超硬合金及びその製造方法を提供する。 【構成】 周期律表4a,5a,6a族の炭化物、窒化物、炭窒
化物等を硬質相とし、鉄族金属を結合相とした超硬合金
表面に、4a,5a,6a族の炭化物、窒化物、酸化物、硼化
物、酸化アルミニウム等の一以上からなる被覆層を被覆
してなり、被覆層界面直下に0.5 〜5 μmの厚さの4a族
並びに5a及び/又は6a族の炭窒化物層が存在し、該炭窒
化物層直下に結合相富化領域が5 〜100 μmの厚さで存
在してなる被覆超硬合金である。その製法は前記超硬合
金を焼結する際、5 〜50torrの窒素雰囲気で1300〜1400
℃に加熱保持後、5 〜0.5 ℃/分の冷却速度で1255℃以
下まで冷却する工程を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は切削工具に使用される強
靱かつ耐摩耗性に優れた被覆超硬合金およびその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、切削加工の高能率化が進んでい
る。超硬合金の表面に、炭化チタンなどの薄膜を気相よ
り蒸着した被覆超硬合金は、母材の強靱性と、表面の耐
摩耗性を併せ持つため、従来の超硬合金に比べより高能
率な切削工具として、被覆超硬合金が提供されている。
切削効率は、切削速度(V)と送り量(f)の積で決ま
る。Vを上昇させると刃先温度が上昇し工具寿命が急速
に低下する。このため従来はfを高くして切削効率を向
上させてきた。この場合、高い切削応力に対応できる母
材の高靱化が要求される。これに対応する方法として、
合金表面の結合相量を富化する方法がある(特開平2−
1975689号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近ではf
を高くするだけではなく、V,f共に上昇させることも
行われている。これらの要求に対して、合金表面の結合
相量の増加は靱性向上につながるが、高い切削速度の条
件下では刃先変形を生じる危険がある。一方、耐摩耗性
向上の方法としては、結合相量を減少する方法がある
が、fの高い条件下では欠損し易くなる。更にまた、合
金表面にTiとW化合物層を形成する方法によって耐摩
耗性を向上する方法も開示されている(「粉体および粉
末冶金」第29巻第5号p705)が、被覆超硬合金に
対抗しえるものではない。本発明は上記した従来技術の
有する種々の欠点を解消し、従来技術では達成できなか
った高能率加工の条件下で、耐摩耗性と靱性を保持した
工具となる被覆超硬合金およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を、周
期律表4a,5a,6a族の炭化物、窒化物および炭窒
化物の一種もしくはそれ以上を硬質相とし、鉄族金属の
一種もしくはそれ以上を結合相とした超硬合金の表面
に、周期律表4a,5a,6a族の炭化物、窒化物、酸
化物、硼化物およびこれらの固溶体もしくは化合物並び
に酸化アルミニウムから選ばれる一種もしくはそれ以上
からなる単層もしくは多重層を被覆してなる被覆超硬合
金において、被覆層界面直下に4a族並びに5aおよび
/または6a族の炭窒化物からなる相が0.5から5μ
m厚さの層として存在し、当該炭窒化物層の直下に合金
内部に比し結合相の富化した領域が5から100μmの
厚さで存在してなる被覆超硬合金により達成する。ま
た、本発明の被覆超硬合金の製造方法は、周期律表4
a,5a,6a族の炭化物、窒化物および炭窒化物の一
種もしくはそれ以上を硬質相とし、鉄族金属の一種もし
くはそれ以上を結合相とした超硬合金において、該超硬
合金を焼結する際に、5〜50torrの窒素雰囲気で
温度1300℃〜1400℃に加熱保持する工程とこれ
に続き5℃〜0.5℃/minの冷却速度で少なくとも
1255℃以下まで冷却する工程を含み、被覆層界面直
下に4a族並びに5aおよび/または6a族の炭窒化物
からなる相が0.5から5μm厚さの層として存在し、
当該炭窒化物層の直下に合金内部に比し結合相の富化し
た領域が5から100μmの厚さで存在してなる超硬合
金の表面に、周期律表4a,5a,6a族の炭化物、窒
化物、酸化物、硼化物およびこれらの固溶体もしくは化
合物並びに酸化アルミニウムから選ばれる一種もしくは
それ以上からなる単層もしくは多重層を被覆することを
特徴とする。
【0005】
【作用】本発明の超硬合金母材は周期律表4a,5a,
6a族の炭化物、窒化物および炭窒化物の一種もしくは
それ以上以上を硬質相として鉄族金属の一種もしくはそ
れ以上を結合相としたものである。本発明では、合金母
材表面に、4a族並びに5a族および/または6a族の
炭窒化物相が0.5〜5μmの厚さの層で存在してお
り、当該炭窒化物相の層直下に、合金内部に比し結合相
の富化した領域を5〜100μm存在せしめる。表面の
炭窒化物相の層は、耐摩耗性を向上させるが、靱性を著
しく低下させる。この欠点は、この層の直下に結合相の
量を富化することによって解決することができる。表面
の炭窒化物相からなる層の厚さは、0.5μm以下では
耐摩耗性向上に効果がない。一方、5μmを超えると当
該炭窒化物層の表面粒度が荒くなり、被覆層の接着性を
低下させるので好ましくなく、好ましくは3μm以下で
ある。結合相の富化した領域は、5μm以内では効果が
なく、100μmを超えると耐摩耗性の低下につなが
る。好ましくは、5μm〜30μmの範囲内である。ま
た、結合相の富化量は、少なくとも合金内部に比較して
1.5倍〜3倍が好ましい。この範囲未満では靱性向上
の効果が少なく、この範囲を超えると耐摩耗性が低下し
やすい。そして、当該合金母材に周期律表4a,5a,
6a族の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物およびこれら
の固溶体もしくは化合物並びに酸化アルミニウムの一種
もしくはそれ以上からなる単層もしくは多重層を被覆す
ることによって、耐摩耗性が確保される。
【0006】なお、合金母材表面の炭窒化物相の層は、
周期律表4a,5a,6a族の炭化物、窒化物またはこ
れらの化合物の一種以上を含む合金を窒素雰囲気下で焼
結することにより形成でき、窒素圧力の制御によって、
その厚さを制御できる。なお、好ましくは1300℃〜
1400℃の範囲で、窒素圧力5〜50torrとす
る。5torr未満では例えばTiとWの化合物等の形
成が困難であり、50torrを超えると例えばTiと
Wの化合物が粗粒化して合金表面が粗くなり、また表面
炭窒化物層直下の結合相富化層の形成上、好ましくない
からである。即ち、結合相富化領域は、合金中に一定量
の遊離炭素量(FC)を含む合金を、5℃〜0.5℃/
minの冷却速度で少なくとも1255℃以下まで冷却
することで達成される。この場合、 0.04重量% ≦ FC ≦ 0.10重量% の範囲であることが好ましい。また、合金表面層が形成
されるには、少なくとも合金中の窒素量が、0.02重
量%以上必要である。0.02重量%未満では例えばT
iとWの化合物の形成ができないためである。合金を上
記の条件を著しく超える範囲で焼結すると、窒素量が合
金中に多量に存在することとなり、合金中の遊離炭素量
が減少して結合相富化が困難となる。本発明の合金とし
て好ましくは、合金中の窒素量が0.02〜0.04重
量%、FC量が0.05〜0.07重量%の範囲にある
ものを挙げることができる。なお、合金表面に更に設け
る被覆層は、通常のCVD、PVD法で形成する。
【0007】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例1 WC−5%TiC−3%TaC−6%Co(重量%)の
組成からなる完粉をCNMG120408の形状でチッ
プにプレス後、1450℃まで真空昇温し、5,10,
30,50torrの窒素圧力下で一時間保持した後、
1250℃まで2℃/minの冷却速度で冷却した(試
料A、B、C、D)。これを母材として、通常のCVD
法により内層に5μmTiC、外層に1μmの酸化アル
ミニウムを被覆した。以上で得られた各被覆超硬合金
A、B、C、Dの表面には、Ti、TaとWからなる炭
窒化物相が、各々0.5、1.0、3.0、5.0μm
の厚さを有し、この表面層直下には、30μmの範囲で
合金内部に比較して2倍富化した結合相領域が存在して
いた。各被覆超硬合金の分析結果を表1に示す。また、
各被覆超硬合金A〜Dにつき、下記の切削条件で切削テ
ストを行った。 切削条件1(耐摩耗性テスト) 切削速度 350m/min 被削材 SCM415 送り 0.5mm/rev 切込み 2.0mm 切削時間 20min 切削条件2(靱性テスト) 切削速度 100m/min 被削材 SCM435 4溝材 送り 0.20〜0.40mm/rev 切込み 2.0mm 切削時間 30sec、8回繰り返し 切削テスト結果を合わせて表1に示す。なお、比較のた
め通常の超硬合金(WC−5%TiC−3%TaC−6
%Co)に本実施例と同様の被覆を施したもののテスト
結果も示す。
【0008】
【表1】
【0009】実施例2 WC−5%TiC−3%TaN−6%Co(重量%)の
組成からなる完粉をCNMG120408の形状でチッ
プにプレス後、1380℃まで真空昇温し、5torr
の窒素圧力下で1時間保持した後、1250℃まで
0.5℃/min,1.0℃/min,2.0℃/mi
n、5.0℃/minの冷却速度で冷却した(試料E、
F、G、H)。これを母材として、通常のCVD法によ
り内層に5μmTiC、外層に1μmの酸化アルミニウ
ムを被覆した。以上で得られた各被覆超硬合金E、F、
G、Hの表面には、Ti、TaとWからなる炭窒化物層
を2.0μmの厚さで有し、この表面層直下には、各々
80,50,30,10μmの範囲で合金内部に比較し
て2倍富化した結合相領域が存在していた。各被覆超硬
合金E〜Hにつき、前記1,2の切削条件で切削テスト
を行った。テスト結果を表2に示す。また、比較のため
通常の超硬合金(WC−5%TiC−3%TaN−6%
Co)に本実施例と同様に被覆を施したもののテスト結
果についても合わせて示す。
【0010】
【表2】
【0011】以上の実施例1,2の結果から、本発明の
被覆超硬合金は、靱性、耐摩耗性共に向上したものであ
ることがわかる。
【0012】
【発明の効果】本発明の被覆超硬合金は、従来技術では
達成できなかった高能率加工の条件下で、優れた耐摩耗
性と靱性を保有することのできる切削工具を提供するこ
とができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周期律表4a,5a,6a族の炭化物、
    窒化物および炭窒化物の一種もしくはそれ以上を硬質相
    とし、鉄族金属の一種もしくはそれ以上を結合相とした
    超硬合金の表面に、周期律表4a,5a,6a族の炭化
    物、窒化物、酸化物、硼化物およびこれらの固溶体もし
    くは化合物並びに酸化アルミニウムから選ばれる一種も
    しくはそれ以上からなる単層もしくは多重層を被覆して
    なる被覆超硬合金において、被覆層界面直下に4a族並
    びに5aおよび/または6a族の炭窒化物からなる相が
    0.5から5μm厚さの層として存在し、当該炭窒化物
    層の直下に合金内部に比し結合相の富化した領域が5か
    ら100μmの厚さで存在してなる被覆超硬合金。
  2. 【請求項2】 周期律表4a,5a,6a族の炭化物、
    窒化物および炭窒化物の一種もしくはそれ以上を硬質相
    とし、鉄族金属の一種もしくはそれ以上を結合相とした
    超硬合金において、該超硬合金を焼結する際に、5〜5
    0torrの窒素雰囲気で温度1300℃〜1400℃
    に加熱保持する工程とこれに続き5℃〜0.5℃/mi
    nの冷却速度で少なくとも1255℃以下まで冷却する
    工程を含み、被覆層界面直下に4a族並びに5aおよび
    /または6a族の炭窒化物からなる相が0.5から5μ
    m厚さの層として存在し、当該炭窒化物層の直下に合金
    内部に比し結合相の富化した領域が5から100μmの
    厚さで存在してなる超硬合金の表面に、周期律表4a,
    5a,6a族の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物および
    これらの固溶体もしくは化合物並びに酸化アルミニウム
    から選ばれる一種もしくはそれ以上からなる単層もしく
    は多重層を被覆することを特徴とする被覆超硬合金の製
    造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000003047A1 (de) * 1998-07-08 2000-01-20 Widia Gmbh Hartmetall- oder cermet-körper und verfahren zu seiner herstellung
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JP2009515713A (ja) * 2005-11-17 2009-04-16 ベーレリト ゲーエムベーハー ウント コー. カーゲー. 被覆超硬合金体
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JP2016169408A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 新日鐵住金株式会社 超硬工具及び超硬工具の製造方法

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