JPH0657429A - 耐チッピング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

耐チッピング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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JPH0657429A
JPH0657429A JP23526592A JP23526592A JPH0657429A JP H0657429 A JPH0657429 A JP H0657429A JP 23526592 A JP23526592 A JP 23526592A JP 23526592 A JP23526592 A JP 23526592A JP H0657429 A JPH0657429 A JP H0657429A
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crystalline structure
granular
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二郎 小谷
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐チッピング性にすぐれた表面被覆TiCN
基サーメット製切削工具を提供する。 【構成】 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形成
される硬質被覆層を、TiCNの単層または2層以上の
積層で構成すると共に、これら構成層のうちの1層また
は2層以上を、(a)粒状結晶組織から縦長成長結晶組
織へ変る結晶構造、(b)粒状結晶組織から縦長成長結
晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組
織へ変る結晶構造、(c)縦長成長結晶組織から粒状結
晶組織へ変る結晶構造のうちのいずれか、または2種以
上の結晶構造で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐チッピン
グ性を有し、従って、この結果例えば鋼や鋳鉄などの高
速切削に用いた場合にも切刃にチッピング(微小欠け)
の発生なく、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、TiCN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、特に硬質被覆
層の靭性不足が原因で切刃にチッピングが発生し易く、
チッピングが原因の摩耗が進行し、比較的短時間で使用
寿命に至るものである。
【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、これの耐チッピング性
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層は粒状結晶組
織を有するのが通常であるが、この粒状結晶組織を有す
るTiCN層形成の後半過程または中間過程、あるいは
前半過程のTiCN層形成条件を、相対的に反応温度を
低温にして、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、この結果のTiCN層は、それぞれ、
(a) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶
構造、(b) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、
さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結
晶構造、(c) 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ
変る結晶構造、上記(a)〜(c)のうちのいずれかの
結晶構造をもつようになり、かつTiCNの単層または
2層以上の積層からなる硬質被覆層のうちの1層または
2層以上を、上記(a)〜(c)のうちのいずれか、ま
たは2種以上の結晶構造としてなる表面被覆TiCN基
サーメット製切削工具は、TiCN中の粒状結晶組織と
共存する縦長成長結晶組織によって切刃の耐チッピング
性が著しく向上するようになり、鋼や鋳鉄などの高速切
削ですぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するという研
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、TiCNの単層または2層以上の積層から
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TiCN層の単層または2層以上の積層からな
る構成層のうちの1層または2層以上を、(a) 粒状
結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、(b)
粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦
長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、
(c) 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶
構造、上記(a)〜(c)のうちのいずれか、または2
種以上の結晶構造とすることにより耐チッピング性の向
上をはかった表面被覆TiCN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、この発明の表面被覆TiCN基サー
メット製切削工具において、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1〜2μm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〜C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D〜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、これらの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、TiC
Nの粒状結晶組織の形成条件を、 反応ガス組成;容量%で、TiCl3 :3%、CH3
5%、N2 :25%、H2 :残り、 反応温度:1020℃、 雰囲気圧力:100トル、 とし、またTiCNの縦長成長結晶組織の形成条件を、 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、これらの形成条件を構成層ごとに形成途中で適宜
変換して、表2,3に示される結晶構造を有する単層ま
たは2層以上の積層からなるTiCN構成層を、同じく
表2,3に示される平均層厚で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】また、比較の目的で、表3に示される通り
TiCN層の結晶構造を粒状結晶組織とする以外は同一
の条件で従来表面被覆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)1〜6をそれぞれ製
造した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】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(硬さ:HB 220)、 切削速度:250m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 切削時間:30分、 の条件での鋼の乾式高速切削試験、並びに、 被削材:FC30(硬さ:HB 200)、 切削速度:300m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1mm、 切削時間:30分、 の条件での鋳鉄の湿式高速切削試験を行ない、いずれの
場合も切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を表2,3に示した。
【0014】また、図1および2には、本発明被覆切削
工具1および従来被覆切削工具3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。図示される通り、図1(本発明被覆切削工具1)に
は、粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの
縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造のT
iCN層(図1の下部は基体を示す)が示され、また図
2(従来被覆切削工具3)には、粒状結晶組織のみから
なるTiCN層(図2の下部も同じく基体を示す)が示
されている。
【0015】
【発明の効果】表2,3および図1,2に示される結果
から、TiCNの単層または2層以上の積層からなる構
成層のうちの少なくとも1層が、粒状結晶組織から縦長
成長結晶組織へ変る結晶構造、あるいは粒状結晶組織か
ら縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織か
ら粒状結晶組織へ変る結晶組織、あるいは縦長成長結晶
組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造を有する本発明被
覆切削工具1〜12は、いずれも上記の結晶構造によっ
てすぐれた耐チッピング性を具備するようになることか
ら、特に耐チッピング性が要求される鋼や鋳鉄などの高
速切削に用いた場合に、粒状結晶組織のTiCN層から
なる硬質被覆層を形成してなる従来被覆切削工具1〜6
に比してすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
【0016】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、特に耐チッピング性が要
求される、例えば鋼や鋳鉄などの高速切削に用いた場合
に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のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明被覆切削工具1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3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。

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、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、 上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または2層以上
    の積層で構成すると共に、これら構成層のうちの1層ま
    たは2層以上を、 (a) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶
    構造、 (b) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらに
    この縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構
    造、 (c) 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶
    構造、 上記(a)〜(c)のうちのいずれか、または2種以上
    の結晶構造としたことを特徴とする耐チッピング性にす
    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、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、 上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または2層以上
    の積層で構成すると共に、これら構成層のうちの1層ま
    たは2層以上を、 (a) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶
    構造、 (b) 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらに
    この縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構
    造、 (c) 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶
    構造、 上記(a)〜(c)のうちのいずれか、または2種以上
    の結晶構造としたことを特徴とする耐チッピング性にす
    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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