JPH0649646A - 耐欠損性および耐摩耗性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具 - Google Patents

耐欠損性および耐摩耗性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具

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JPH0649646A
JPH0649646A JP22787492A JP22787492A JPH0649646A JP H0649646 A JPH0649646 A JP H0649646A JP 22787492 A JP22787492 A JP 22787492A JP 22787492 A JP22787492 A JP 22787492A JP H0649646 A JPH0649646 A JP H0649646A
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ticn
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cutting
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寛範 吉村
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二郎 小谷
Akira Osada
晃 長田
Tetsuya Tanaka
徹也 田中
Seiichiro Nakamura
清一郎 中村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面被覆TiCN基サーメット製切削工具の
耐欠損性および耐摩耗性を向上させる。 【構成】 TiCN基サーメット基体の表面に、いずれ
も粒状結晶組織を有する硬質被覆層を0.5〜20μm
の平均層厚で形成してなる表面被覆TiCN基サーメッ
ト製切削工具において、上記硬質被覆層のうちの少なく
とも1層をTiCNで構成し、かつこのTiCN層のう
ちの少なくとも1層を縦長成長結晶組織とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば鋼の高速断続
切削に用いた場合にすぐれた耐欠損性を示し、かつ鋼の
高速連続切削でも一段とすぐれた耐摩耗性を発揮する表
面被覆炭窒化チタン(以下、TiCNで示す)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】従来、一般に、例えば特開昭54−11
7510号公報に記載される通り、TiCN基サーメッ
ト基体や、結合相形成成分としてのCoやNiなどの含
有量が基体内部に比して相対的に高い表面部、すなわち
結合相富化表面部を有するTiCN基サーメット基体の
表面に、化学蒸着法や物理蒸着法を用いて、いずれも粒
状結晶組織を有する、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、および炭窒酸化物、さらにTiとAlの
複合窒化物、TiとZrの複合炭窒化物、TiとHfの
複合炭窒化物、および酸化アルミニウム〔以下、それぞ
れTiC,TiN,TiCN,TiCO,TiCNO、
およびAl2 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TiCN基サーメット
製切削が、例えば鋼や鋳鉄の連続切削や断続切削に用い
られていることは良く知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削機械
の高性能化および切削加工の省力化はめざましく、これ
に伴ない切削加工は年々高速化の傾向にあるが、上記の
従来表面被覆TiCN基サーメット製切削工具は、これ
を例えば鋼や鋳鉄の高速切削に用いると、断続切削では
切削開始後短時間で切刃に欠損が発生するので実用に供
することができず、また連続切削では相対的に摩耗進行
が速く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状であ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来表面被覆TiCN基
サーメット製切削工具に着目し、これの耐欠損性と耐摩
耗性の向上をはかるべく研究を行なった結果、一般に、
例えば化学蒸着法により硬質被覆層としてのTiCN層
を形成するに際しては、 反応ガス組成;容量%で、TiCl4 :1〜5%、CH
4 :5〜7%、N2 :20〜30%、H2 :残り、 反応温度:950〜1050℃、 雰囲気圧力:50〜200トル、 の条件で行なわれ、形成されたTiCN層は上記した通
り粒状結晶組織をもつのが通常であるが、TiCN層の
形成条件を、相対的に反応温度を低くして、反応ガス組
成をかえた条件、すなわち、 反応ガス組成;容量%で、TiCl4 :1〜4%、CH
3 CN:0.1〜1%、N2 :0〜25%、H2 :残
り、 反応温度:800〜900℃、 雰囲気圧力:30〜200トル、 の条件にすると、結晶構造が縦長成長結晶組織のTiC
N層が形成されるようになり、この縦長成長結晶組織を
もったTiCN層が硬質被覆層中に少なくとも1層存在
すると、この結果の表面被覆TiCN基サーメット製切
削工具は、高速断続切削ですぐれた耐欠損性を示し、か
つ高速連続切削でも一段とすぐれた耐摩耗性を発揮する
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、TiCN基サーメット基体、ま
たは結合相富化表面部を有するTiCN基サーメット基
体の表面に、いずれも結晶構造が粒状結晶組織のTi
C,TiN,TiCN,TiCO,TiCNO、および
Al2 3 のうちのいずれか、または2種以上で構成さ
れた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TiCN基サーメット製切
削工具において、上記硬質被覆層のうちの少なくとも1
層をTiCNで構成し、かつこのTiCN層のうちの少
なくとも1層を縦長成長結晶組織を有する結晶構造とし
てなる耐欠損性および耐摩耗性にすぐれた表面被覆Ti
CN基サーメッ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において、硬質
被覆層の平均層厚を0.5〜20μmと定めたのは、そ
の層厚が0.5μm未満では、硬質被覆層によってもた
らされる所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その層厚が20μmを越えると切刃にチッピン
グ(微小欠け)が発生し易くなるという理由によるもの
である。
【0007】
【実施例】つぎに、この発明の表面被覆TiCN基サー
メット製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1〜3μmの範囲内の所定の平
均粒径を有するTiCN粉末、TiC粉末、TiN粉
末、TaC粉末、NbC粉末、WC粉末、Mo2 C粉
末、ZrC粉末、Co粉末、およびNi粉末を用い、こ
れら原料粉末を表1に示される配合組成に配合し、ボー
ルミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、この混合粉
末を圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体の1部
を、10-2トルの真空中、1450〜1500℃の範囲
内の所定温度に1時間保持の条件で真空焼結することに
より結合相富化表面部の形成がないTiCN基サーメッ
ト基体A〜Dを製造し、また上記圧粉体の残りには、焼
結温度までの昇温過程を10-2トルの真空雰囲気とし、
1450〜1550℃の範囲内の所定の焼結温度に到達
後は雰囲気を10トルのN2 雰囲気として1時間保持
し、焼結温度からの冷却を10-1トルの真空中で行なう
焼結を施すことにより、同じく表1に示される最大結合
相含有量と厚さの結合相富化表面部を有するTiCN基
サーメット基体E,Fをそれぞれ製造した。なお、この
結果得られたTiCN基サーメット基体A〜Fは、いず
れもISO・CNMG120408の切削チップ形状を
もつものである
【0008】ついで、上記TiCN基サーメット基体A
〜Fの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、粒状結晶組
織の硬質被覆層を形成する場合には表2に示される条件
とし、また縦長成長結晶組織のTiCN層を形成する場
合の条件を、 反応ガス組成;容量%で、TiCl4 :1.5%、CH
3 CN:0.5%、N2 :25%、H2 :残り、 反応温度:860℃、 雰囲気圧力:50トル、 とし、それぞれ表3,4に示される組成、結晶構造、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TiCN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)1〜12をそれぞれ製造した。
【0009】さらに、同じく表2に示される通常の条件
で上記TiCN基サーメット基体A〜Fの表面に表4,
5に示される組成および平均層厚を有し、かついずれも
粒状結晶組織の硬質被覆層を形成することにより従来表
面被覆TiCN基サーメット製切削工具(以下、従来被
覆切削工具という)1〜12をそれぞれ製造した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】
【表4】
【0014】
【表5】
【0015】
【表6】
【0016】つぎに、この結果得られた各種の被覆切削
工具について、 被削材:SCM440の丸棒、 切削速度:250m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 切削時間:30分、 の条件での鋼の湿式高速連続切削試験、 被削材:SNCM439の4本縦溝入り丸棒、 切削速度:200m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 の条件での鋼の乾式高速断続切削試験を行ない、上記連
続切削試験では切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、また上記
断続切削試験では欠損が原因で使用寿命に至るまでの切
削時間を測定した。これらの測定結果を表6に示した。
【0017】また、図1および2には、本発明被覆切削
工具2および従来被覆切削工具2の表面部の走査電子顕
微鏡による縦断面組織写真(倍率:5000倍)を示し
た。
【0018】
【発明の効果】表1〜6および図1,2に示される結果
から、硬質被覆層のうちの少なくとも1層をTiCN層
で構成し、かつこのTiCN層のうちの少なくとも1層
を縦長成長結晶組織を有するTiCN層で構成した本発
明被覆切削工具1〜12は、硬質被覆層がいずれも粒状
結晶組織を有する従来被覆切削工具1〜12に比して、
高速連続切削では一段とすぐれた耐摩耗性を示し、さら
に高速断続切削ではすぐれた耐欠損性を示し、長時間に
亘ってすぐれた切削性能を発揮することが明らかであ
る。
【0019】上述のように、この発明の表面被覆TiC
N基サーメット製切削工具は、高速連続切削および高速
断続切削で、それぞれすぐれた耐摩耗性および耐欠損性
を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するの
で、切削加工の高速化に十分満足に対応することができ
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明被覆切削工具2の表面部の走査電子顕微
鏡による縦断面組織写真である。
【図2】従来被覆切削工具2の表面部の走査電子顕微鏡
による縦断面組織写真である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年3月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】また、図1および2には、本発明被覆切削
工具2および従来被覆切削工具2の表面部縦断面の走査
電子顕微鏡による結晶構造写真(倍率:5000倍)を
示した。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明被覆切削工具2の表面部縦断面の走査電
子顕微鏡による結晶構造写真である。
【図2】従来被覆切削工具2の表面部縦断面の走査電子
顕微鏡による結晶構造写真である。
フロントページの続き (72)発明者 田中 徹也 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内 (72)発明者 中村 清一郎 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭窒化チタン基サーメット基体の表面
    に、いずれも粒状結晶組織を有する、Tiの炭化物、窒
    化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、並びに
    酸化アルミニウムのうちのいずれか、または2種以上で
    構成された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炭窒化チタン基サー
    メット製切削工具において、 上記硬質被覆層のうちの少なくとも1層を炭窒化チタン
    で構成し、かつこの炭窒化チタン層のうちの少なくとも
    1層を縦長成長結晶組織としたことを特徴とする耐欠損
    性および耐摩耗性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サ
    ーメット製切削工具。
  2. 【請求項2】 結合相形成成分の含有量が基体内部に比
    して相対的に高い表面部を有する炭窒化チタン基サーメ
    ット基体の表面に、いずれも粒状結晶組織を有する、T
    iの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒
    酸化物、並びに酸化アルミニウムのうちのいずれか、ま
    たは2種以上で構成された複層からなる硬質被覆相を
    0.5〜20μmの平均層厚で形成してなる表面被覆炭
    窒化チタン基サーメット製切削工具において、 上記硬質被覆相のうちの少なくとも1層を炭窒化チタン
    で構成し、かつこの炭窒化チタン層のうちの少なくとも
    1層を縦長成長結晶組織としたことを特徴とする耐欠損
    性および耐摩耗性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サ
    ーメット製切削工具。
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