JPH05339752A - 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆Ti系炭窒硼化物基サーメット製切削工具 - Google Patents

硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆Ti系炭窒硼化物基サーメット製切削工具

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JPH05339752A
JPH05339752A JP4173823A JP17382392A JPH05339752A JP H05339752 A JPH05339752 A JP H05339752A JP 4173823 A JP4173823 A JP 4173823A JP 17382392 A JP17382392 A JP 17382392A JP H05339752 A JPH05339752 A JP H05339752A
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JP
Japan
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cutting tool
boride
hard
cermet
carbonitride
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4173823A
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English (en)
Inventor
Hironori Yoshimura
寛範 吉村
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆(T
i,M)CNB基サーメット製切削工具を提供する。 【構成】 0.2〜4重量%のBを含有する(Ti,
M)CNBを主成分とする硬質分散層:70〜95重量
%を含有し、残りがCoとNiのうちの1種または2種
を主成分とする結合相からなる内部組成を有し、かつ表
面部に、表面から深さ:50μmまでの範囲内に最高硬
さを有する(Ti,M)CNB基サーメット基体の表面
に、TiC,TiN,TiB2 およびTiO2 、並びに
これらの2種以上の固溶体、さらにAl2 3 のうちの
1種の単層または2種以上の複層で構成された硬質被覆
層を0.5〜20μmの平均層厚で形成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、基体表面に対する硬
質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆Ti系炭窒硼化物
基サーメット製切削工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特願平2−418976号に記載される
ように、例えば鋼などの切削に用いるのに適した切削工
具として、重量%で(以下、%は重量%を示す)、Ti
系炭窒化物[以下、(Ti,M)CNで示す]を主成分
とする硬質分散相:70〜95%、を含有し、残りがC
oおよびNiのうちの1種または2種を主成分とする結
合相からなる内部組成を有し、かつ表面部に最高硬さを
有する表面硬質層を形成してなる(Ti,M)CN基サ
ーメット基体の表面に、Tiの炭化物、窒化物、硼化
物、および酸化物(以下、それぞれTiC,TiN,T
iB2 、およびTiO2 で示す)、並びにこれらの2種
以上の固溶体(例えばTiCN,TiCNO、およびT
iCNBなど)、さらに酸化アルミニウム(以下、Al
2 3 で示す)のうちの1種の単層または2種以上の複
層からなる硬質被覆層を0.5〜20μmの平均層厚で
形成してなる、表面被覆(Ti,M)CN基サーメット
製切削工具が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削機械
の自動化および高性能化はめざましく、これに伴ない切
削加工のより一段の高速化は避けられず、かつこれと合
せて切削工具の使用寿命のより一層の延命化が強く要求
される傾向にあるが、上記の従来表面被覆(Ti,M)
CN基サーメット製切削工具は、硬質被覆層の基体表面
に対する密着強度が十分でないために、苛酷な切削条件
では剥離し易く、この結果耐摩耗性不足をきたし、上記
の要求には満足に対応することができないのが現状であ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、上
述のような観点から、上記従来表面被覆(Ti,M)C
N基サーメット製切削工具に着目し、これを構成する硬
質被覆層の基体表面に対する密着性の向上をはかるべく
研究を行なった結果、上記従来表面被覆(Ti,M)C
N基サーメット製切削工具において、基体の(Ti,
M)CN基サーメットを構成する硬質分散相を、上記
(Ti,M)CNに0.2〜4%のボロン(B)を固溶
含有させてなるTi系炭窒硼化物[以下、(Ti,M)
CNBで示す]を主成分とする硬質分散相で構成する
と、上記(Ti,M)CNBの作用で硬質被覆層の基体
表面に対する密着性が一般と向上するようになり、この
結果の表面被覆(Ti,M)CNB基サーメット製切削
工具は、苛酷な条件下での切削でも硬質被覆層に剥離の
発生なく、すぐれた耐摩耗性を示し、著しく長期に亘っ
てすぐれた切削性能を発揮するという研究結果を得たの
である。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、 (Ti,M)CNを主成分とする硬質分散相:70〜9
5%、 を含有し、残りがCoおよびNiのうちの1種または2
種を主成分とする結合相からなる内部組成を有し、かつ
表面部に、表面から深さ:50μmまでの範囲内に最高
硬さを有する表面硬質層を形成してなる(Ti,M)C
N基サーメット基体の表面に、TiC,TiN,TiB
2 、およびTiO2 、並びにこれらの2種以上の固溶
体、さらにAl2 3 のうちの1種の単層または2種以
上の複層からなる硬質被覆層を0.5〜20μmの平均
層厚で形成してなる表面被覆(Ti,M)CN基サーメ
ット製切削工具において、上記基体の(Ti,M)CN
基サーメットを構成する硬質分散相を、上記(Ti,
M)CNに0.2〜4%のBを固溶含有させてなる(T
i,M)CNB、望ましくは、(a) Tiの炭窒硼化
物、(b) Tiと、Ta、Nb、W、およびMoのう
ちの1種または2種以上との複合炭窒硼化物、(c)
Tiと、Ta、Nb、W、およびMoのうちの1種また
は2種以上と、Zr,Hf,V、およびCrのうちの1
種または2種以上との複合炭窒硼化物、以上(a)〜
(c)のうちのいずれかの(Ti,M)CNBを主成分
とする硬質分散相で構成してなる硬質被覆層の密着性に
すぐれた表面被覆(Ti,M)CNB基サーメツト製切
削工具に特徴を有するものである。
【0006】なお、この発明の切削工具の基体を構成す
るサーメットの構成成分である(Ti,M)CNBのB
含有量を0.2〜4%と定めたのは、その含有量が0.
2%未満では硬質被覆層の基体表面に対する密着性に所
望の向上効果が得られず、一方その含有量が4%を越え
ると、基体の耐欠損性が低下するようになるという理由
にもとづくものである。
【0007】また、この発明の切削工具の基体を構成す
るサーメットの硬質分散相の含有量を70〜95%とし
たのは、その含有量が70%未満では結合相の含有量が
実質的に30%を越えて多くなりすぎ、耐摩耗性の低下
は避けられず、一方その含有量が95%を越えて多くな
ると、結合相の含有量が実質的に5%未満となってしま
い、耐欠損性の低下が著しくなるという理由からであ
る。
【0008】同じく、この発明の切削工具を構成する
(Ti,M)CNB基サーメット基体は、従来切削工具
を構成する(Ti,M)CN基サーメット基体と同様
に、所定の配合組成を有する圧粉体の焼結を、液相発生
温度(約1300℃)以下の所定温度まで真空雰囲気中
で昇温し、これから焼結温度までの昇温過程および焼結
温度保持時間の前半を圧力:5〜100torrの窒素雰囲
気とし、焼結温度保持時間の後半の10〜30分間の雰
囲気を0.05〜1torrの窒素雰囲気とし、以後炉冷の
条件で行うことによって製造され、かつ表面部に形成さ
れる表面硬質層における最高硬さおよびこれの深さ位置
は、上記焼結温度保持時間の後半に形成される窒素雰囲
気の圧力およびこれの保持時間によって自由に調整する
ことができるが、この場合前記最高硬さ位置が表面から
深さ:50μmを越えた深い位置に存在するようなる
と、最表面と内部との間の硬度差が小さくなり、耐摩耗
性低下の原因となることから、最高硬さ位置は表面から
深さ:50μmまでの範囲内に存在するようにする必要
がある。
【0009】さらに、硬質被覆層の形成に関し、一般に
物理蒸着法(PVD法)で形成した場合には切削工具の
耐摩耗性と耐欠損性が向上し、この場合平均層厚は1〜
6μmとするのがよく、一方化学蒸着法(CVD法)に
よれば、耐摩耗性により一段の向上効果が見られる硬質
被覆層の形成が可能となり、この場合には3〜10μm
の平均層厚とするのが望ましく、したがって必要に応じ
て上記の硬質被覆層形成手段をとればよい。
【0010】
【実施例】つぎに、この発明の切削工具を実施例により
具体的に説明する。原料粉末として、いずれも1〜1.
5μmの範囲内の所定の平均粒径を有する、TiC粉
末、TiN粉末、TiC0.7 0.3 (TiC/TiN:
重量比で70/30、以下、TiCN(イ)という)粉
末、TiC0.5 0.5 (TiC/TiN:重量比で50
/50、以下、TiCN(ロ)という)粉末、TiB2
粉末、B:1.8%含有のTi(C0.450.450.10
粉末、WC粉末、Mo2 C粉末、TaC粉末、NbC粉
末、VC粉末、ZrC粉末、Cr3 2 粉末、HfC粉
末、Co粉末、Ni粉末、およびAl:31%含有のN
i−Al合金粉末を用意し、これら原料粉末を表1〜4
に示される配合組成に配合し、窒素雰囲気中、ボールミ
ルで96時間粉砕混合した後、1.5ton /cm2 の圧力
でプレス成形して圧粉体とし、ついでこの圧粉体を、1
300℃までを真空中で昇温した後、雰囲気を20torr
の窒素雰囲気にかえて1550℃まで昇温し、この温度
に1.5時間保持し、さらに前記焼結温度に保持したま
まで窒素雰囲気の圧力を0.05〜1torrの範囲内の所
定の圧力とすると共に、この圧力での保持時間を10〜
30分の範囲内の所定の時間とし、以後炉冷の条件で焼
結することにより、いずれもISO・SNMG1204
08の形状を有し、かつ表5〜10にそれぞれ示される
内部組成および表面硬質層を有する本発明(Ti,M)
CNB基サーメット基体(以下、本発明基体という)A
〜Rおよび従来(Ti,M)CN基サーメット基体(以
下、従来基体という)a〜rをそれぞれ製造した。な
お、表5〜10に示される内部硬さおよび表面硬質層の
硬さは、25°の斜面に研磨した試料を用い、前記斜面
をビッカース法にて荷重:200gで測定した結果を示
すものである。
【0011】ついで、上記の各種基体の表面に、PVD
法およびCVD法を用い、通常の条件でそれぞれ表11
〜13に示される組成および平均層厚の硬質被覆層を形
成することにより本発明表面被覆(Ti,M)CNB基
サーメット製切削工具(以下、本発明被覆切削工具とい
う)1〜18および従来表面被覆(Ti,M)CN基サ
ーメット製切削工具(以下、従来被覆切削工具という)
1〜18をそれぞれ製造した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】
【表5】
【0017】
【表6】
【0018】
【表7】
【0019】
【表8】
【0020】
【表9】
【0021】
【表10】
【0022】
【表11】
【0023】
【表12】
【0024】
【表13】
【0025】
【表14】
【0026】ついで、この結果得られた各種の被覆切削
工具について、 被削材:SNCM439(硬さ:260)の丸棒、 切削速度:270m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 切削時間:30分、 の条件で鋼の湿式連続高速切削試験を行ない、切刃の逃
げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表14に示
した。
【0027】
【発明の効果】表1〜14に示される結果から、本発明
被覆切削工具1〜18は、いずれも従来被覆切削工具1
〜18に比して、硬質被覆層の基体表面に対する密着性
にすぐれているので、高速切削でも硬質被覆層に剥離の
発生なく、すぐれた耐摩耗性を示し、一方従来被覆切削
工具1〜18では、いずれも硬質被覆層に剥離が発生
し、耐摩耗性が悪いことが明らかである。上述のよう
に、この発明の表面被覆(Ti,M)CNB基サーメッ
ト製切削工具は、硬質被覆層の基体表面に対する密着性
がきわめて高いので、通常の条件での切削は勿論のこ
と、硬質被覆層に高い密着性が要求される、例えば鋼の
高速切削でも硬質被覆層に剥離の発生なく、すぐれた耐
摩耗性を長期に亘って発揮するのである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ti系炭窒化物を主成分とする硬質分散
    相:70〜95重量%、を含有し、残りがCoおよびN
    iのうちの1種または2種を主成分とする結合相からな
    る内部組成を有し、かつ表面部に、表面から深さ:50
    μmまでの範囲内に最高硬さを有する表面硬質層を形成
    してなるTi系炭窒化物基サーメット基体の表面に、 Tiの炭化物、窒化物、硼化物、および酸化物、並びに
    これらの2種以上の固溶体、さらに酸化アルミニウムの
    うちの1種の単層または2種以上の複層からなる硬質被
    覆層を0.5〜20μmの平均層厚で形成してなる表面
    被覆Ti系炭窒化物基サーメット製切削工具において、 上記硬質分散相を、上記Ti系炭窒化物に0.2〜4重
    量%のボロンを固溶含有させてなるTi系炭窒硼化物を
    主成分とする硬質分散相で構成したことを特徴とする硬
    質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆Ti系炭窒硼化物
    基サーメット製切削工具。
  2. 【請求項2】 上記Ti系炭窒硼化物がTiの炭窒硼化
    物からなることを特徴とする上記請求項1記載の表面被
    覆Ti系炭窒硼化物基サーメット製切削工具。
  3. 【請求項3】 上記Ti系炭窒硼化物が、Tiと、T
    a,Nb,W,およびMoのうちの1種または2種以上
    との複合炭窒硼化物からなることを特徴とする上記請求
    項1記載の表面被覆Ti系炭窒硼化物基サーメット製切
    削工具。
  4. 【請求項4】 上記Ti系炭窒硼化物が、Tiと、T
    a,Nb,W、およびMoのうちの1種または2種以上
    と、Zr,Hf,V、およびCrのうちの1種または2
    種以上と、Zr,Hf,V、およびCrのうちの1種ま
    たは2種以上との複合炭窒硼化物からなることを特徴と
    する上記請求項1記載の表面被覆Ti系炭窒硼化物基サ
    ーメット製切削工具。
JP4173823A 1992-06-08 1992-06-08 硬質被覆層の密着性にすぐれた表面被覆Ti系炭窒硼化物基サーメット製切削工具 Withdrawn JPH05339752A (ja)

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