JPH068010A - 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具Info
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- JPH068010A JPH068010A JP4191736A JP19173692A JPH068010A JP H068010 A JPH068010 A JP H068010A JP 4191736 A JP4191736 A JP 4191736A JP 19173692 A JP19173692 A JP 19173692A JP H068010 A JPH068010 A JP H068010A
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Abstract
ピング性を向上させる。 【構成】 WC基超硬合金基体の表面に、TiCNの単
層または2層以上の積層からなる下部層と、TiC,T
iN,TiCN,TiCO、およびTiCNO、並びに
Al2 O3 のうちの1種の単層またはまたは2種以上の
複層からなる上部層で構成された硬質被覆層を形成する
に際して、上記下部層の構成層のいずれもが、(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種以上の結晶構造からな
る。
Description
グ性を有し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削
は勿論のこと、これらの断続切削に用いた場合にもすぐ
れた耐摩耗性を発揮する表面被覆炭化タングステン(以
下、WCで示す)基超硬合金製切削工具に関するもので
ある。
85号公報および特開昭59−52703号公報に記載
されるように、WC基超硬合金基体や、さらに結合相形
成成分としてのCoの含有量が基体内部に比して相対的
に多い表面部、すなわちCo富化表面部を有するWC基
超硬合金基体の表面に、化学蒸着法や物理蒸着法を用い
て、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(以下、それぞ
れTiC,TiN,TiCN,TiCO,TiCNO、
およびAl2 O3 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WC基超硬合金製切削
工具が、例えば鋼や鋳鉄の連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。
基超硬合金基体が、例えば原料粉末としてTiNなどの
窒化物粉末や、TaCNおよび(Ti,W)CNなどの
炭窒化物粉末を配合し、これの圧粉体を通常の条件で真
空焼結する方法などによって製造されることも知られて
いる。
技術のFA化および多様化は著しく、これに伴ない切削
工具にも、例えば連続切削および断続切削のいずれでも
すぐれた耐摩耗性を発揮する特性が要求されるが、上記
の従来表面被覆WC基超硬合金製切削工具は、これを断
続切削に用いた場合には、切刃にチッピングが発生し易
く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
上述のような観点から、上記の従来表面被覆WC基超硬
合金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、 の条件で形成され、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、しかも上記の公知のWC基
超硬合金基体の表面に、硬質被覆層の下部層として、上
記(a)〜(c)の結晶構造のうちのいずれか、または
2種以上の組合せからなる単層または2層以上の積層で
構成されたTiCN層を形成し、かつこの下部層の上
に、通常の条件(この場合いずれも粒状結晶組織をも
つ)で、TiC,TiN,TiCN,TiCO,TiC
NO、およびAl2 O3 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上部層として形成して
なる表面被覆WC基超硬合金製切削工具は、上記下部層
によってすぐれた耐チッピング性を具備するようにな
り、例えば鋼や鋳鉄の連続切削は勿論のこと、耐チッピ
ング性が要求されるこれらの断続切削でもすぐれた耐摩
耗性を著しく長期に亘って発揮するという研究結果を得
たのである。
なされたものであって、WC基超硬合金基体、またはC
o富化表面部を有するWC基超硬合金基体の表面に、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WC基超硬合金製切削工具において、上記硬質
被覆層を、TiCNの単層または2層以上の積層からな
る下部層と、TiC,TiN,TiCN,TiCO,T
iCNO、およびAl2 O3 のうちの1種の単層または
2種以上の複層からなる上部層で構成すると共に、上記
下部層の構成層のいずれもが、(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有する、
耐チッピング性にすぐれた表面被覆WC基超硬合金製切
削工具に特徴を有するものである。
製切削工具において、硬質被覆層の平均層厚を0.5〜
20μmとしたのは、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。
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、平均粒径:3μmを有するWC粉末、同1.5
μmの(Ti,W)C粉末(TiC/WC=重量比で3
0/70)、同1.2μmの(Ti,W)CN粉末(T
iC/TiN/WC=重量比で24/20/56)、同
1.3μmの(Ta,Nb)C粉末(TaC/NbC=
重量比90/10)、および同1.2μmのCo粉末を
用意し、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、
圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、1×10
-2トルの真空中、温度:1450℃に1時間保持の条件
で真空焼結することによりISO・CNMG12040
8の形状をもったWC基超硬合金基体A〜C、およびC
o富化表面部(最大Co含有量:11重量%、厚さ:2
0μm)を有するWC基超硬合金基体Dをそれぞれ製造
した。また、上記WC基超硬合金基体Cについては、こ
れに100トルのメタンガス雰囲気中、温度:1400
℃に1時間保持の条件で浸炭処理を施すことによりCo
富化表面部(最大Co含有量:17重量%、厚さ:40
μm)を形成した。
Dの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、TiCNの粒
状結晶組織の形成条件を、 反応ガス組成:容量%で、TiCl4 :3%、CH4 :
5%、N2 :25%、H2 :残り、 反応温度:950℃、 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下部層を、同じく表2
に示される平均層厚で形成し、さらに同じく通常の化学
蒸着装置を用い、表3に示される通常の条件で表2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
晶組織をもった上部層を形成することにより本発明表面
被覆WC基超硬合金製切削工具(以下、本発明被覆切削
工具という)1〜8をそれぞれ製造した。
で上記WC基超硬合金基体A〜Dの表面に表4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WC
基超硬合金製切削工具(以下、従来被覆切削工具とい
う)1〜8をそれぞれ製造した。
工具について、 被削材:SNCM439(硬さ:HB 250)の丸棒、 切削速度:180m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1.5mm、 切削時間:30分、 の条件で鋼の乾式連続切削試験を行ない、切刃の逃げ面
摩耗幅を測定し、さらに、 被削材:SNCM439(硬さ:HB 260)の角材、 切削速度:100m/min.、 送り:0.35mm/rev.、 切込み:3mm、 の条件で鋼の乾式断続切削試験を行ない、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5
に示した。
工具7および従来被覆切削工具7の表面部の走査電子顕
微鏡による縦断面組織写真(倍率:7000倍)を示し
た。図示される通り、図1(本発明被覆切削工具7)に
は、基体(図1の下部)の表面に形成された硬質被覆層
が、粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造
を有するTiCN層の下部層と、粒状結晶組織のTiC
NO層(第1層)、粒状結晶組織のAl2 O3 層(第2
層)、粒状結晶組織のTiCN層(第3層)、および粒
状結晶組織のTiN層(第4層)からなる上部層で構成
され、また図2(従来被覆切削工具7)には、基体(図
2の下部)の表面に形成された硬質被覆層が、いずれも
粒状結晶組織を有するTiCN層(第1層)、TiC層
(第2層)、Al2 O3 層(第3層)、およびTiN層
(第4層)で構成されていることが示されている。
から、硬質被覆層のうちの下部層を構成するTiCNの
単層または2層以上の積層が、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1〜8は、いずれも鋼の連続切削では、粒状結
晶組織の硬質被覆層を形成してなる従来被覆切削工具1
〜8に比してすぐれた耐摩耗性を示し、また鋼の断続切
削でも従来被覆切削工具1〜8が切刃に発生したチッピ
ングが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのに対し
て、一般とすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘っ
てすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
超硬合金製切削工具は、すぐれた耐チッピング性を有す
るので、例えば鋼や鋳鉄の連続切削は勿論のこと、耐チ
ッピング性が要求される、これらの断続切削においても
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。
鏡による縦断面組織写真である。
による縦断面組織写真である。
Claims (2)
- 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、硬質被覆層を0.5〜20μmの平均層厚で形成し
てなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具
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
の積層からなる下部層と、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1種の単層または2種以上の複層からな
る上部層で構成すると共に、前記下部層の構成層のいず
れもが、 (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
を有することを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表
面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具。 - 【請求項2】 結合相形成成分としてのCoの含有量が
基体内部に比して相対的に多い表面部を有する炭化タン
グステン基超硬合金基体の表面に、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化タン
グステン基超硬合金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
の積層からなる下部層と、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1種の単層または2種以上の複層からな
る上部層で構成すると共に、前記下部層の構成層のいず
れもが、 (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
を有することを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表
面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具。
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JP4191736A JP3052586B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
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JPH068010A true JPH068010A (ja) | 1994-01-18 |
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