JPH0555598B2 - - Google Patents

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JPH0555598B2
JPH0555598B2 JP60007142A JP714285A JPH0555598B2 JP H0555598 B2 JPH0555598 B2 JP H0555598B2 JP 60007142 A JP60007142 A JP 60007142A JP 714285 A JP714285 A JP 714285A JP H0555598 B2 JPH0555598 B2 JP H0555598B2
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JP
Japan
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phase
cemented carbide
component
hard
soft
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JP60007142A
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JPS61166974A (ja
Inventor
Haruhiko Honda
Masayuki Matsuzaki
Hiroshi Ueda
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Moldino Tool Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Tool Engineering Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐摩耗性をほとんど損うことなく耐
欠損性を向上した被覆超硬合金に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 元素周期律表の4a、5a及び6a族の金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物等とCo等の金属とを主成
分とする超硬合金は周知である。 近年工具寿命を増大するために超硬合金母材の
表面に4a、5a、6a族金属の炭化物等の硬質皮膜
を形成する技術が提案され、実施されている。し
かしながら、被覆超硬合金においては、硬質被覆
層は超硬合金母材よりもろく、また特に硬質被覆
層を化学蒸着法により形成すると、被覆超硬合金
の靭性が母材よりも低いものとなり(粉体粉末冶
金協会、昭和58年度秋季大会講演概要集26〜27頁
参照)、被覆超硬合金が欠損しやすくなるという
問題点がある、このようなことから硬さの低い超
硬合金母材を採用し靭性を向上させた被覆超硬合
金が提案されたが、耐摩耗性が劣化したものとな
るので、工具寿命の改善は難しい。一方耐摩耗性
を改善しようとすると、硬さの高い超硬合金母材
が必要となり、前記の靭性がより一層低下したも
のとなるため靭性不足による欠損が問題となり工
具寿命の改善は難しい。 特開昭53−131909号は周期律表4a、5a、6a族
の金属の炭化物、窒化物及び炭窒化物の1種又は
2種以上とCo等の金属とを含有する超硬合金の
基体表面に、基体より靭性に富むとともに軟質で
かつ硬さが内部に向けて連続的に増加する中間層
を設け、その上に4a、5a、6a族の金属の炭化物、
窒化物、炭窒化物、酸化物、酸炭化物、炭窒化
物、酸炭窒化物、並びにアルミニウム酸化物の1
種又は2種以上の単層または複層の硬質層を被覆
した超硬合金工具を開示している。上記中間層に
より硬質層に生じたクラツクの伝播は食い止めら
れ、耐欠損性が改善される。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記軟質中間層を有する被覆超
硬合金は耐欠損性が向上したものの耐摩耗性が低
下している。 従つて、本発明の目的は耐摩耗性をほとんど低
下させることなく耐欠損性を向上した被覆超硬合
金を提供することである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者は、超硬合金母材を硬質相と軟質相の
二相組織とし、それに硬質被覆層を形成すること
により耐摩耗性がほとんど低下することなく耐欠
損性が著しく向上した被覆超硬合金が得られるこ
とを発見し、本発明に至つた。 すなわち、本発明の被覆超硬合金は、元素周期
律表の4a、5a及び6a族の金属の炭化物、窒化物
及び炭窒化物からなる群から選ばれた1種又は2
種以上からなる第一成分と、Co、Ni、Fe、W、
Mo及びCrからなる群から選ばれた1種又は2種
以上の第二成分とを有する硬質相及び軟質相を有
する超硬合金を母材とし、母材の表面に元素周期
律表の4a、5a及び6a族の炭化物、窒化物、炭窒
化物、酸炭化物、酸窒化物、酸炭窒化物及び酸化
物とAlの酸化物及び酸炭化物とからなる群から
選ばれた単層又は複層の被覆層を形成したもので
ある。 超硬合金母材の硬質相及び軟質相はいずれも第
一成分及び第二成分を含有するが、第一成分の種
類、割合及び粒径により分けられる。 硬質相及び軟質相は例えば次のように組合せで
ある。 (A) 硬質相−第一成分のうちより硬質の成分を多
量に含有する。 軟質相−第一成分のうちより硬質の成分の割
合は少ない。 (B) 硬質相−第一成分を相対的に多量含有する。 軟質相−第一成分を相対的に少量含有する。 (C) 硬質相−第一成分の平均粒径は相対的に小さ
い。 軟質相−第一成分の平均粒径は相対的に大き
い。 (A)の場合 硬質相及び軟質相とも第一成分及び第二成分を
含有するが、第一成分のうちより硬質な成分の割
合が異る。両相とも主成分はWC、TiC、TiN、
TaC、NbC、VC、Coなどである。WC等の主成
分に対して、TiC、TiN、NbC、VCは硬度が高
い。これらのより硬質の成分を多量に含有する相
が硬質相であり、少量含有する相が軟質相であ
る。 (B)の場合 (A)の場合と異り、第一成分の種類が同じでも量
が異る。例えば、両相ともWCからなる第一成分
とCoの第二成分をそれぞれ含有するが、硬質相
の方が軟質相より多量にWCを含む。また両相と
もWCやTaCのような比較的軟質の成分の他に
TiC、ZrC、HfC、VC、NbCのような比較的硬
質の成分を含有してもよい。両相中の第一成分の
比は、超硬合金母材が明確に2相となるようなも
のでなくてはならない。 (C)の場合 母材が第一成分と第二成分とからなつていて
も、第一成分の粒径が異ると2相に分かれる。粒
径の小さい第一成分を含有する相は硬質相であ
り、粒径の大きな第一成分を含有する相は軟質相
である。粒径の差は相対的なものであるが一般的
には硬質相中の第一成分の平均粒径は0.4〜6μm、
好ましくは0.6〜5μmであり、軟質相中の第一成
分の平均粒径は0.6〜10μm、好ましくは0.8〜6μ
mである。 本発明の場合、上記(A)乃至(C)の場合が同時に生
ずることもある。例えば一方の相は比較的硬質の
成分を多く含有するが第一成分の粒径は大きく、
他方の相は比較的硬質の成分を少く含有するが第
一成分の粒径は小さいというような場合がある。
かかる場合いずれの相が硬質となるかが問題とな
る。このような場合の全てについて軟質の完係を
完全に導き出すのは容易ではないが、一般に効果
の大きい方から(B)、(C)、(A)の順序であるというこ
とができる。しかし、重要な点は本発明の被覆超
硬合金の母材が硬質相と軟質相とを含有すること
である。 かかる超硬合金の母材に被覆する材料は周期律
表の4a、5a及び6a族の炭化物、窒化物、炭窒化
物、酸炭化物、酸窒化物、酸炭窒化物及び酸化物
とAlの酸化物及び酸炭化物とからなる群から選
ばれる。好ましくは、TiC、TiN、TiCN、
Al2O3等である。 被覆層の形成は種々の方法により行うことがで
きるが、強度の観点から化学蒸着法(CVD)に
より行うのが望ましい。被覆材料の化学蒸着は一
般に以下の通り行われる。約1000℃に加熱された
耐熱鋼の容器に反応ガスを導入し次の反応式によ
り超硬合金母材に被覆を行なう。 TiCの場合TiCl4+CH4H2 ―→ TiC+4HCl (1) TiNの場合2TiCl4+N2+4H2→2TiN+8HCl (2) TiCの場合2TiCl4+N2+2CH4H2 ―→ 2TiCN+8HCl
(3) Al2O3の場合2AlCl3+3H2+CO2→Al2O3+6HCl
+3CO (4) なお上記被覆は約1/10気圧程度の減圧下で行な
われる。 被覆層は単層又は複層のいずれでもよい。単層
の場合、厚さは0.5〜20μm、好ましくは1〜10μ
mである。複層の場合、全体の厚さは0.8〜20μ
m、好ましくは1〜10μmである。 上記構成の被覆超硬合金は著しく高い耐欠損性
を有する。その理由は必ずしも明らかではない
が、もろい硬質被覆層に被覆時あるいは切削時に
生じた欠損の原因の1つとなる微細クラツクが硬
質相及び軟質相よりなる本発明の超硬合金母材内
部に伝播しにくく、さらに複雑な伝播をするため
と考えられる。特に軟質相の存在がクラツク伝播
防止に効果があると考えられる。 〔実施例〕 つぎに本発明の被覆超硬合金を実施例により説
明する。 実施例 1 (TiC+TaC+NbC)=12容量%、Co=10容量
%残部WC(WC粒度4.1μm)の組成(硬質相組
成)を有する粉末から、ボールミル混合、乾燥お
よび造粒工程により−60メツシユの造粒粉を作成
した。 次にCo=15容量%残WC(WC粒度3.5μm)の組
成(軟質相組成)を有する粉末から、ボールミル
混合、乾燥および造粒工程により−60メツシユの
造粒粉を作成した。 上記2種類の造粒粉を造粒粉がこわれないよう
に混合した(混合比率は第1表に示す)。 混合した造粒粉を金型成型し、真空燃結(焼結
温度1400℃)し、硬質相および軟質相よりなる超
硬合金母材を作成した。 母材形状はSNMN432のスローアウエイチツプ
である。 上記超硬合金を母材とし、CVD法により
TiC5μm被覆後Al2O32μmを被覆した被覆超硬合
金を作成した。この被覆超硬合金の耐欠損性およ
び耐摩耗性を評価した。 耐欠損性の評価切削条件は以下の通りであつ
た。 被削材:SCM440(Hs37〜40)4つ溝入り断続切
削 切削速度:100m/分 切込み:2.0mm 切削時間:3分 耐摩耗性の評価切削条件は以下の通りであつ
た。 被削材:SCM440(Hs37〜40)連続切削 切削速度:130m/分 切込み:2.0mm 送り:0.4mm/分 湿式切削(W−1種−2号) 上記硬質相及び軟質相のみからなる超硬合金に
同一条件被覆したものについても、同様に耐欠損
性及び耐摩耗性の評価試験を行つた。結果を第1
表に示す。
【表】 本発明品は比較品に比べ耐欠損性および耐摩耗
性のバランスが優れ特に硬質相と軟質相との割合
が80容量%から40容量%までの範囲では複合相の
効果が著しく、軟質相の耐欠損性を保持しながら
硬質相の耐摩耗性が確保できる。なお造粒粉は−
60メツシユ(250μm未満)を用いているか−40
メツシユ(420μm未満)も同様の効果が見られ
た。 実施例 2 実施例1の方法により本発明品と比較品を作成
し(母材形状はSPK42TRのスローアウエイチツ
プ)、CVD法によりTiCを2μm被覆した被覆超硬
合金を作成した。 フライス切削による評価結果を第2表に示す。 なお評価切削条件は以下の通りであつた。 被削材:SKD11(Hs55) 切削速度:150m/分 切込み:3.0mm 切削長さ:最大で700mm
〔発明の効果〕
本発明は、現在の表面被覆超硬合金の課題であ
る耐欠損性の改善に関し、耐摩耗性をほとんど損
うことなく耐欠損性の大幅な向上に有効であり、
表面被覆超硬合金の用途拡大への可能性が大であ
り、本発明の工業的価値は大きい。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被覆超硬合金において、基体に硬質・軟質の
    2種類の相を複合させ、前記硬質・軟質相は第1
    成分として周期律表の4a、5a、6a族の炭化物、
    窒化物、炭窒化物の1種または2種以上、および
    第2成分として、Fe族、Cr族の1種または2種
    以上より構成されるとともに、軟質相は、硬質相
    よりも軟らかく、かつ前記超硬合金の表面に周期
    律表の4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、炭
    窒化物、酸炭化物、酸窒化物、酸炭窒化物および
    酸化物とAlの酸化物および酸炭化物から選ばれ
    た単層又は2種以上の多層皮膜を被覆した被覆超
    硬合金。 2 特許請求の範囲第1項において、前記軟質相
    は、第1成分・第2成分を含有し、前記軟質相は
    WCと第2成分からなることを特徴とする被覆超
    硬合金。 3 特許請求の範囲第2項において、前記硬質相
    の第1成分が、TiCNを基とする合金、または
    WCを基とする合金であることを特徴とする被覆
    超硬合金。 4 特許請求の範囲第1項において、軟質相は第
    2成分の含有量が硬質相よりも多いことを特徴と
    する被覆超硬合金。 5 特許請求の範囲第1項において、前記硬質相
    の第1成分が、TiCNを基とする合金、または
    WCを基とする合金であり、かつ前記軟質相が
    WCを基とする合金からなることを特徴とする被
    覆超硬合金。 6 特許請求の範囲第1項において、前記硬質相
    のWC粒度は、平均粒度で0.4〜6μmであり、前記
    軟質相のWC粒度は、平均粒度で0.6〜10μmであ
    ることを特徴とする被覆超硬合金。 7 特許請求の範囲第1項ないし第6項におい
    て、前記被覆相の厚さが0.5〜20μmであることを
    特徴とする被覆超硬合金。
JP714285A 1985-01-17 1985-01-17 被覆超硬合金 Granted JPS61166974A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01147075A (ja) * 1987-11-30 1989-06-08 Kyocera Corp 被覆超硬合金

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