JPH08187608A - 表面被覆ｗｃ基超硬合金製切削工具 - Google Patents
表面被覆ｗｃ基超硬合金製切削工具Info
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- JPH08187608A JPH08187608A JP1550995A JP1550995A JPH08187608A JP H08187608 A JPH08187608 A JP H08187608A JP 1550995 A JP1550995 A JP 1550995A JP 1550995 A JP1550995 A JP 1550995A JP H08187608 A JPH08187608 A JP H08187608A
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- Japan
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- average
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- cemented carbide
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 断続切削に優れた表面被覆ＷＣ基超硬合金製
切削工具を提供する。 【構成】（１）ＷＣおよびＣｏを主成分とするＷＣ基超
硬合金製基体表面に、基体側より順に、平均結晶粒径：
０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５〜０．５μｍを
有するＴｉＮ層からなる内層と、平均結晶粒径：０．０
５μｍ以下、平均層厚：０．０５〜０．５μｍを有し、
ＴｉＣ層およびＴｉＣＮ層の内の１種の単層または２種
の複数層からなる中間層と、層厚方向に成長した柱状結
晶粒を有し、平均層厚：２．０〜１５μｍを有するＴｉ
ＣＮ層からなる外層とを被覆してなる。（２）前記外層
のさらに外側に、さらに平均層厚：０．５〜１０μｍを
有するＡｌ2 Ｏ3 層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層の内の１
種の単層または２種以上の複数層からなる最外層を被覆
してなる。
切削工具を提供する。 【構成】（１）ＷＣおよびＣｏを主成分とするＷＣ基超
硬合金製基体表面に、基体側より順に、平均結晶粒径：
０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５〜０．５μｍを
有するＴｉＮ層からなる内層と、平均結晶粒径：０．０
５μｍ以下、平均層厚：０．０５〜０．５μｍを有し、
ＴｉＣ層およびＴｉＣＮ層の内の１種の単層または２種
の複数層からなる中間層と、層厚方向に成長した柱状結
晶粒を有し、平均層厚：２．０〜１５μｍを有するＴｉ
ＣＮ層からなる外層とを被覆してなる。（２）前記外層
のさらに外側に、さらに平均層厚：０．５〜１０μｍを
有するＡｌ2 Ｏ3 層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層の内の１
種の単層または２種以上の複数層からなる最外層を被覆
してなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鋼などをフライス切
削など断続乾式切削あるいは断続湿式切削を行った場合
に優れた切削性能を示す表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削
工具に関するものである。
削など断続乾式切削あるいは断続湿式切削を行った場合
に優れた切削性能を示す表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削
工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、市販されている表面被覆ＷＣ基
超硬合金製切削工具は、ＷＣ基超硬合金を基体とし、そ
の表面にＣＶＤ法によりＴｉの炭窒化物（以下、ＴｉＣ
Ｎで示す）を被覆した表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工
具、およびこの表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具の表
面に、さらに酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示
す）層、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）層、炭窒酸
化チタン（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層の内の１種の単
層または２種以上の複数層を平均層厚で０．５〜１０μ
ｍの範囲内に被覆してなることが知られている。
超硬合金製切削工具は、ＷＣ基超硬合金を基体とし、そ
の表面にＣＶＤ法によりＴｉの炭窒化物（以下、ＴｉＣ
Ｎで示す）を被覆した表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工
具、およびこの表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具の表
面に、さらに酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示
す）層、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）層、炭窒酸
化チタン（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層の内の１種の単
層または２種以上の複数層を平均層厚で０．５〜１０μ
ｍの範囲内に被覆してなることが知られている。
【０００３】しかし、従来のＣＶＤ法は、１０００℃前
後の高温で行われるため、ＷＣ超硬合金基体とＴｉＣＮ
層との境界に脱炭層が形成され、ＴｉＣＮ層はＷＣ超硬
合金基体から剥離しやすく、したがって、従来のＣＶＤ
法により作製した表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具を
用いて鋼などを断続乾式切削あるいは断続湿式切削し場
合に、被覆層の欠損またはチッピングが生じ、十分な切
削工具寿命が得られなかった。
後の高温で行われるため、ＷＣ超硬合金基体とＴｉＣＮ
層との境界に脱炭層が形成され、ＴｉＣＮ層はＷＣ超硬
合金基体から剥離しやすく、したがって、従来のＣＶＤ
法により作製した表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具を
用いて鋼などを断続乾式切削あるいは断続湿式切削し場
合に、被覆層の欠損またはチッピングが生じ、十分な切
削工具寿命が得られなかった。
【０００４】このため、近年、有機ＣＮを使用し、７０
０〜９００℃の温度で化学蒸着を行う中温化学蒸着法
（以下、ＭＴＣＶＤ法という）が提案されている（特開
平３−８７３６９号公報参照）。このＭＴＣＶＤ法によ
り形成された被覆層は、層の厚さ方向に成長した柱状結
晶粒を有ることも知られている（特開平６−８００８号
公報参照）。
０〜９００℃の温度で化学蒸着を行う中温化学蒸着法
（以下、ＭＴＣＶＤ法という）が提案されている（特開
平３−８７３６９号公報参照）。このＭＴＣＶＤ法によ
り形成された被覆層は、層の厚さ方向に成長した柱状結
晶粒を有ることも知られている（特開平６−８００８号
公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記Ｍ
ＴＣＶＤ法により形成された被覆層はＷＣ超硬合金基体
とＴｉＣＮ層との境界に脱炭層が形成されることはない
が、反応性の高い有機ＣＮ化合物を使用するためにＴｉ
ＣＮの結晶粒が異常成長しやすく、鋼などを断続乾式切
削あるいは断続湿式切削を行った場合にチッピングや切
刃の欠損が発生し、依然として切削工具寿命を延ばすこ
とができなかった。
ＴＣＶＤ法により形成された被覆層はＷＣ超硬合金基体
とＴｉＣＮ層との境界に脱炭層が形成されることはない
が、反応性の高い有機ＣＮ化合物を使用するためにＴｉ
ＣＮの結晶粒が異常成長しやすく、鋼などを断続乾式切
削あるいは断続湿式切削を行った場合にチッピングや切
刃の欠損が発生し、依然として切削工具寿命を延ばすこ
とができなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
ＭＴＣＶＤ法により形成された被覆層の異常成長を防止
し、断続切削に用いても寿命の長い表面被覆ＷＣ基超硬
合金製切削工具を得るべく研究を行った結果、 平均結晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５
〜０．５μｍを有するＴｉＮ層を内層として被覆し、こ
の内層の上に平均結晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層
厚：０．０５〜０．５μｍを有する、ＴｉＣ層およびＴ
ｉＣＮ層の内の１種の単層または２種の複数層を中間層
を被覆すると、この内層と中間層からなる被覆層は下地
層として断続切削時に受ける衝撃に対する耐剥離性が特
に優れており、この被覆層の上にさらに層厚方向に成長
した柱状結晶粒を有する平均層厚：２．０〜１５μｍの
ＴｉＣＮ層からなる外層とを被覆してなる表面被覆ＷＣ
基超硬合金製切削工具は、従来の表面被覆ＷＣ基超硬合
金製切削工具に比べ、断続切削に対して一層優れた切削
寿命を示すという知見を得たのである。
ＭＴＣＶＤ法により形成された被覆層の異常成長を防止
し、断続切削に用いても寿命の長い表面被覆ＷＣ基超硬
合金製切削工具を得るべく研究を行った結果、 平均結晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５
〜０．５μｍを有するＴｉＮ層を内層として被覆し、こ
の内層の上に平均結晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層
厚：０．０５〜０．５μｍを有する、ＴｉＣ層およびＴ
ｉＣＮ層の内の１種の単層または２種の複数層を中間層
を被覆すると、この内層と中間層からなる被覆層は下地
層として断続切削時に受ける衝撃に対する耐剥離性が特
に優れており、この被覆層の上にさらに層厚方向に成長
した柱状結晶粒を有する平均層厚：２．０〜１５μｍの
ＴｉＣＮ層からなる外層とを被覆してなる表面被覆ＷＣ
基超硬合金製切削工具は、従来の表面被覆ＷＣ基超硬合
金製切削工具に比べ、断続切削に対して一層優れた切削
寿命を示すという知見を得たのである。
【０００７】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、ＷＣおよびＣｏを主成分とするＷＣ基
超硬合金製基体表面に、基体側より順に、（１）平均結
晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５〜０．
５μｍ（好ましくは０．０５〜０．１８μｍ）を有する
ＴｉＮ層からなる内層と、平均結晶粒径：０．０５μｍ
以下、平均層厚：０．０５〜０．５μｍ（好ましくは
０．０５〜０．１８μｍ）を有し、ＴｉＣ層およびＴｉ
ＣＮ層の内の１種の単層または２種の複数層からなる中
間層と、層厚方向に成長した柱状結晶粒を有し、平均層
厚：２．０〜１５μｍのＴｉＣＮ層からなる外層と、を
被覆してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具、
（２）前記外層の外側に、さらに平均層厚：０．５〜１
０μｍを有するＡｌ2Ｏ3 層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層
の内の１種の単層または２種以上の複数層を被覆してな
る前記（１）記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工
具、に特徴を有するものである。
たものであって、ＷＣおよびＣｏを主成分とするＷＣ基
超硬合金製基体表面に、基体側より順に、（１）平均結
晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５〜０．
５μｍ（好ましくは０．０５〜０．１８μｍ）を有する
ＴｉＮ層からなる内層と、平均結晶粒径：０．０５μｍ
以下、平均層厚：０．０５〜０．５μｍ（好ましくは
０．０５〜０．１８μｍ）を有し、ＴｉＣ層およびＴｉ
ＣＮ層の内の１種の単層または２種の複数層からなる中
間層と、層厚方向に成長した柱状結晶粒を有し、平均層
厚：２．０〜１５μｍのＴｉＣＮ層からなる外層と、を
被覆してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具、
（２）前記外層の外側に、さらに平均層厚：０．５〜１
０μｍを有するＡｌ2Ｏ3 層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮＯ層
の内の１種の単層または２種以上の複数層を被覆してな
る前記（１）記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工
具、に特徴を有するものである。
【０００８】この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削
工具の内層のＴｉＮ層を形成するには、反応温度９００
℃以下、１５０ｔｏｒｒ以上の低真空にてＣＶＤ反応に
使用されるＴｉＣｌ4 、ＣＨ4 、Ｎ2 、Ｈ2 などを反応
させ、中間層のＴｉＣ層およびＴｉＣＮ層を形成するに
は、反応温度９００℃より高い温度にて通常のＣＶＤ反
応に使用されるＴｉＣｌ4 、ＣＨ4 、Ｎ2 、Ｈ2 などの
ガスを反応させることにより形成される。さらに外層の
層厚方向に成長した柱状結晶粒を有するＴｉＣＮ層をを
形成するには、反応温度９５０℃以下、反応圧力：１１
０ｔｏｒｒ以下の高真空にてＴｉＣｌ4 、ＣＨ4 、
Ｎ2 、Ｈ2 などを反応させるＭＴＣＶＤ法により形成さ
れる。
工具の内層のＴｉＮ層を形成するには、反応温度９００
℃以下、１５０ｔｏｒｒ以上の低真空にてＣＶＤ反応に
使用されるＴｉＣｌ4 、ＣＨ4 、Ｎ2 、Ｈ2 などを反応
させ、中間層のＴｉＣ層およびＴｉＣＮ層を形成するに
は、反応温度９００℃より高い温度にて通常のＣＶＤ反
応に使用されるＴｉＣｌ4 、ＣＨ4 、Ｎ2 、Ｈ2 などの
ガスを反応させることにより形成される。さらに外層の
層厚方向に成長した柱状結晶粒を有するＴｉＣＮ層をを
形成するには、反応温度９５０℃以下、反応圧力：１１
０ｔｏｒｒ以下の高真空にてＴｉＣｌ4 、ＣＨ4 、
Ｎ2 、Ｈ2 などを反応させるＭＴＣＶＤ法により形成さ
れる。
【０００９】この発明のＷＣ基超硬合金製切削工具の内
層、中間層、外層および最外層を上述のごとく限定した
理由を説明する。 （ａ） 内層 内層の結晶平均粒径が０．０５μｍよりも大きいと、中
間層の結晶粒が成長し過ぎるので好ましくないことによ
るものであり、内層の平均層厚を０．０５〜０．５μｍ
としたのは、０．０５μｍより小さいと十分な密着性向
上効果が得られず、０．５μｍより大きいと、結晶粒が
粒成長して好ましくないことによるものである。
層、中間層、外層および最外層を上述のごとく限定した
理由を説明する。 （ａ） 内層 内層の結晶平均粒径が０．０５μｍよりも大きいと、中
間層の結晶粒が成長し過ぎるので好ましくないことによ
るものであり、内層の平均層厚を０．０５〜０．５μｍ
としたのは、０．０５μｍより小さいと十分な密着性向
上効果が得られず、０．５μｍより大きいと、結晶粒が
粒成長して好ましくないことによるものである。
【００１０】（ｂ） 中間層 中間層の結晶平均粒径が０．０５μｍよりも大きいと、
外層のＴｉＣＮ層の結晶粒が成長し過ぎるので好ましく
ないことによるものであり、中間層の平均層厚を０．０
５〜０．５μｍとしたのは、０．０５μｍより小さいと
異常粒成長抑制効果が得られず、０．５μｍより大きい
と、結晶粒が成長し過ぎて好ましくないことによるもの
である。
外層のＴｉＣＮ層の結晶粒が成長し過ぎるので好ましく
ないことによるものであり、中間層の平均層厚を０．０
５〜０．５μｍとしたのは、０．０５μｍより小さいと
異常粒成長抑制効果が得られず、０．５μｍより大きい
と、結晶粒が成長し過ぎて好ましくないことによるもの
である。
【００１１】（ｃ） 外層 外層の平均層厚を２．０〜１５μｍとしたのは、２．０
μｍより小さいと十分な耐摩耗性が得られず、１５μｍ
より大きいと、ＴｉＣＮの結晶粒が成長し、チッピン
グ、欠損などを起こしやすくなるので好ましくないこと
よるものである。
μｍより小さいと十分な耐摩耗性が得られず、１５μｍ
より大きいと、ＴｉＣＮの結晶粒が成長し、チッピン
グ、欠損などを起こしやすくなるので好ましくないこと
よるものである。
【００１２】（ｄ） 最外層 最外層の平均層厚を０．５〜１０μｍとしたのは、０．
５μｍより小さいと耐クレータ性、耐溶着性向上効果が
なく、１０μｍより大きいと、欠損チッピングを起こし
やすくなるので好ましくないことよるものである。
５μｍより小さいと耐クレータ性、耐溶着性向上効果が
なく、１０μｍより大きいと、欠損チッピングを起こし
やすくなるので好ましくないことよるものである。
【００１３】
【実施例】つぎに、この発明を実施例に基づいて具体的
に説明する。表１に示される組成のＷＣ基超硬合金基体
Ａ〜Ｅを用意した。
に説明する。表１に示される組成のＷＣ基超硬合金基体
Ａ〜Ｅを用意した。
【００１４】
【表１】
【００１５】ついで、これら表１に示されるＷＣ基超硬
合金基体Ａ〜Ｅを通常の化学蒸着装置に装入し、表２に
示される条件で表３、表４、および表５に示される内
層、中間層および外層並びに必要に応じて最外層を有す
る本発明表面被覆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）１〜１０、比較表面被覆ＷＣ
基超硬合金製切削工具（以下、比較被覆切削工具とい
う）１〜７および従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工
具（以下、従来被覆切削工具という）１〜５をそれぞれ
作製した。
合金基体Ａ〜Ｅを通常の化学蒸着装置に装入し、表２に
示される条件で表３、表４、および表５に示される内
層、中間層および外層並びに必要に応じて最外層を有す
る本発明表面被覆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）１〜１０、比較表面被覆ＷＣ
基超硬合金製切削工具（以下、比較被覆切削工具とい
う）１〜７および従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工
具（以下、従来被覆切削工具という）１〜５をそれぞれ
作製した。
【００１６】
【表２】
【００１７】
【表３】
【００１８】
【表４】
【００１９】
【表５】
【００２０】これら本発明表面被覆切削工具１〜１０、
比較表面被覆切削工具１〜７および従来表面被覆切削工
具１〜５を用い、 被削材：ＳＣＭ４４０（ＨB ２２０）４本溝付き、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：２ｍｍ、 切削時間：１０ｍｉｎ．、 切削油：なし、 の条件で高速断続切削を行い、摩耗量および摩耗形態を
調べ、それらの結果を表６に示した。
比較表面被覆切削工具１〜７および従来表面被覆切削工
具１〜５を用い、 被削材：ＳＣＭ４４０（ＨB ２２０）４本溝付き、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切込み：２ｍｍ、 切削時間：１０ｍｉｎ．、 切削油：なし、 の条件で高速断続切削を行い、摩耗量および摩耗形態を
調べ、それらの結果を表６に示した。
【００２１】
【表６】
【００２２】
【発明の効果】表３〜表６に示される結果から、本発明
被覆切削工具１〜１０は、従来被覆切削工具１〜５に比
べて正常摩耗が維持され、切削工具の寿命が大幅に向上
していることが分かる。しかし、この発明の条件から外
れた比較被覆切削工具１〜７は、正常摩耗を示さず、し
たがって、切削工具の寿命が短いことも分かる。
被覆切削工具１〜１０は、従来被覆切削工具１〜５に比
べて正常摩耗が維持され、切削工具の寿命が大幅に向上
していることが分かる。しかし、この発明の条件から外
れた比較被覆切削工具１〜７は、正常摩耗を示さず、し
たがって、切削工具の寿命が短いことも分かる。
【００２３】上述のように、この発明の表面被覆ＷＣ基
超硬合金製切削工具は、従来よりも正常摩耗が維持さ
れ、切削工具寿命を大幅に向上させることができ、産業
上優れた効果を奏するものである。
超硬合金製切削工具は、従来よりも正常摩耗が維持さ
れ、切削工具寿命を大幅に向上させることができ、産業
上優れた効果を奏するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 16/40 (72)発明者 河野 和弘 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)
- 【請求項１】 ＷＣおよびＣｏを主成分とするＷＣ基超
硬合金製基体表面に、基体側より順に、 平均結晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５
〜０．５μｍを有する窒化チタン層からなる内層と、 平均結晶粒径：０．０５μｍ以下、平均層厚：０．０５
〜０．５μｍを有し、炭化チタン層および炭窒化チタン
層の内の１種の単層または２種の複数層からなる中間層
と、 層厚方向に成長した柱状結晶粒を有し、平均層厚：２．
０〜１５μｍを有する炭窒化チタン層からなる外層とを
被覆してなることを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金
製切削工具。 - 【請求項２】 前記外層のさらに外側に、さらに平均層
厚：０．５〜１０μｍを有する酸化アルミニウム層、窒
化チタン層、炭窒酸化チタン層の内の１種の単層または
２種以上の複数層からなる最外層を被覆してなることを
特徴とする請求項１記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切
削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1550995A JPH08187608A (ja) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | 表面被覆ｗｃ基超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1550995A JPH08187608A (ja) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | 表面被覆ｗｃ基超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08187608A true JPH08187608A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11890788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1550995A Pending JPH08187608A (ja) | 1995-01-05 | 1995-01-05 | 表面被覆ｗｃ基超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08187608A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006281361A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Kyocera Corp | 表面被覆部材および表面被覆切削工具 |
| CN103741117A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-23 | 成都工具研究所有限公司 | 用于低速重载车削钢、不锈钢的刀具涂层 |
| JP2020151805A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
-
1995
- 1995-01-05 JP JP1550995A patent/JPH08187608A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006281361A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Kyocera Corp | 表面被覆部材および表面被覆切削工具 |
| CN103741117A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-23 | 成都工具研究所有限公司 | 用于低速重载车削钢、不锈钢的刀具涂层 |
| JP2020151805A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層が優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020625 |