JPH08276305A - 切削インサート - Google Patents

切削インサート

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JPH08276305A
JPH08276305A JP8106417A JP10641796A JPH08276305A JP H08276305 A JPH08276305 A JP H08276305A JP 8106417 A JP8106417 A JP 8106417A JP 10641796 A JP10641796 A JP 10641796A JP H08276305 A JPH08276305 A JP H08276305A
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オルソン ブヨルン
Bjoern Ljungberg
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネズミ鋳鉄のフライス工作に特に有用な改良
被覆切削インサートの提供。 【解決手段】 改良インサートはＷＣ−Ｃｏ基のセメン
テッドカーバイド基体（Ａ）と、等軸晶グレンのＴｉＣ
x Ｎy Ｏz の最内層（Ｂ）、柱状晶グレンのＴｉＣx Ｎ
y Ｏz の中間層（Ｃ）、等軸晶或いは柱状晶グレンのＴ
ｉＣx Ｎy Ｏz の中間層（Ｄ）、（０１２）方位集合組
織の微グレン化α−Ａｌ2 Ｏ3 の滑面最外層（Ｅ）を含
む被覆物とを含んで成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は被覆切削インサー
ト、特にネズミ鋳鉄の乾式フライス工作用に有用な被覆
セメンテッドカーバイド（超硬炭化物合金）インサート
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ネズミ鋳鉄は、一般にセメンテッドカー
バイド工具で工作するのが容易な材料である。多くの場
合、長い工具寿命が得られる。しかし、鋳鉄の工作性に
は著しい違いの生じる可能性がある。工具寿命は冷却条
件等の鋳造技法に関係する可能性のある材料の化学組成
の僅かな変化によって顕著に左右され得る。その他の変
動原因は鋳造スキンと砂の混入があり、材料切削に使用
する工作機械の安定性さえもその原因になり得る。鋳鉄
の工作性はバッチ毎に変り得る。
【０００３】大量生産方式にあっては、常に信頼性と安
定性の高い工具寿命が望まれており、特に無人生産方式
の採用される場合に望まれる。
【０００４】ネズミ鋳鉄を被覆フライスカッタで工作す
るときには、カッタは主として所謂接着摩耗メカニズム
によって摩滅される。即ち、層のフラグメント（断片）
や個々のグレン（粒）及びその後のセメンテッドカーバ
イドの１部が切刃から形成される工作切屑によって順次
引きはがされる。このような摩滅メカニズムは更に切刃
に沿って、且つそれに直角な方向に約５０μｍ離れた概
して「くしクラック」（comb cracks ）と称されるクラ
ックの生成することによって加速される。このクラック
は全てのフライス切削作業にとって代表的な断続切削に
よって生起する熱疲労の結果である。それ故に、市販の
セメンテッドカーバイドのフライス用インサートは概し
て、熱作用摩耗メカニズムを抑えるために、ＷＣ−Ｔｉ
Ｃ−ＴａＣ−ＮｂＣの固溶体であるガンマ相を含有して
いる。
【０００５】被覆物が摩滅すると、すぐに下敷のセメン
テッドカーバイドが急速に摩耗することになる。これは
切削力の増大にみちびく。生成したくしクラックは特定
の時間を経て切刃のひどいチッピングの原因になり、結
果の損傷工具が工作物に不良工作面や工作物のチッピン
グを生み出す。
【０００６】接着摩滅タイプが支配的なチップフォーミ
ング作業（切粉出し作業）では、インサートのために被
覆とセメンテッドカーバイドの両方の適用が大いに求め
られている。出来るだけ長期にくしクラックの生成に抵
抗することの出来るセメンテッドカーバイドと、これに
良好に付着する被覆物とが望ましい。更に、チップ（切
粉）と被覆物の付着力が小さく、且つ被覆物が極めて重
要と信じられている高い内部力（凝集力）を有している
ことが要望されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記要
望に沿う被覆切削インサートを実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、驚くべき事
実として、こゝでは主として柱状晶グレンのＴｉＣxＮ
y Ｏz 層とその上の柱状組織の微細グレン化α−Ａｌ2
Ｏ3 層とから成る第１／内側柱状晶グレン化被覆構造物
を実質的に具備した基体と称しているストレートＷＣ−
Ｃｏセメンテッドカーバイド体が特に鋳鉄フライス工作
で非常に良好に働くことを発見した。事実、この種の工
具は従来の工具よりはるかに良好な切削性能を有してい
ることが認められた。
【０００９】図１は上記発見に基づく本発明に係る被覆
インサートの５０００倍の顕微鏡写真であり、写真に示
すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは以下の組織成分である。 Ａ−基体 Ｂ−等軸晶グレンのＴｉＣx Ｎy Ｏz 層 Ｃ−柱状晶グレンのＴｉＣx Ｎy Ｏz 層 Ｄ−等軸晶グレン或いは針状晶グレンのＴｉＣx Ｎy Ｏ
z 層 Ｅ−柱状晶グレンの（０１２）集合組織α−Ａｌ2 Ｏ3
層
【００１０】本発明によれば、３−１５w.t.％、好まし
くは５−１２w.t.％、最も好ましくは５−８w.t.％のＣ
ｏを含有し、ＷＣが１−２μｍ、好ましくは約１．５μ
ｍのグレンサイズを有しているＷＣ＋Ｃｏ組成物のセメ
ンテッドカーバイド基体を有する切削インサートが提供
される。この基体は周期律表のIVｂ，Ｖｂ或いはVIｂ族
の金属のＴｉＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ等の立方晶炭化物を２
w.t.％までの量だけ含有することが出来る。しかし、ス
トレートのＷＣ＋Ｃｏ組成物が好ましい。上記基体に被
覆される本発明に係る被覆物は： − ＴｉＣx Ｎy Ｏz の第１層（最内層）、但しｘ＋ｙ
＋ｚ＝１、好ましくはｚ＜０．５であり、０．１−２μ
ｍの層厚で、サイズが＜０．５μｍである等軸晶グレン
を有している。 − ＴｉＣx Ｎy Ｏz の第２層、但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１、
好ましくはｚ＜０．５であり、層厚が０．１−２μｍ、
好ましくは４−７μｍであって、直径が約＜５μｍ、好
ましくは＜２μｍである柱状晶グレンを有している。 − ＴｉＣx Ｎy Ｏz の第３層、但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１、
好ましくはｚ＞０．１であり、層厚が０．１−２μｍで
あって、サイズが≦０．５μｍである等軸晶グレン或い
は針状グレンを有している。この層は最内層と同じか或
いは相異している。 − 上層としての滑面集合組織の微細グレン化（約１μ
ｍのグレンサイズ）α−Ａｌ2 Ｏ3 層、但し２−１０μ
ｍ、好ましくは３−６μｍの層厚であって、測定長０．
２５mm当りで０．３mm未満の表面粗さ（Ｒａ）を有して
いる。このＡｌ2 Ｏ3 層は好ましくは最外層であるが、
当業界で既知の例えばＴｉＮの肉薄（約０．１−１μ
ｍ）装飾層等の追加の層によって後続させてもよい。
【００１１】更に、α−Ａｌ2 Ｏ3 層は好ましくはＸ線
回折（ＸＲＤ）測定によって決まる（０１２），（１０
４），（１１０）のいづれかの方位、好ましくは（０１
２）の結晶成長方位を有している。この集合組織係数
（texture coefficient ）ＴＣは次式で規定される。
【００１２】
【数１】
【００１３】本発明によれば、（０１２），（１０４）
或いは（１１０）方位結晶面の組に対するＴＣ（集合組
織係数）は１．３より大きく、好ましくは１．５より大
きい。
【００１４】本発明の方法によれば、ＷＣ−Ｃｏ基の基
体は以下の層で被覆される。 − ＴｉＣx Ｎy Ｏz の第１層（最内層）、但しｘ＋ｙ
＋ｚ＝１であって、好ましくはｚ＜０．５であり、層厚
が０．１−２μｍであり、サイズ＜０．５μｍの等軸晶
グレンを有しており、既知のＣＶＤ法によって施こされ
る。 − ＴｉＣx Ｎy Ｏz の第２層、但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１で
あって、好ましくはｚ＝０，ｘ＞０．３，ｙ＞０．３で
あり、層厚が２−１０μｍ、好ましくは４−７μｍであ
り、直径約＜５μｍの柱状晶グレンを有しており、ＭＴ
ＣＶＤ法（７００ −９００℃の温度で層を形成するための炭素と窒素の供
給源としてアセトニトリルを用いる）或いは高温ＣＶＤ
法（１０００−１１００℃）のいづれかによって蒸着さ
れる。プロセス条件は柱状晶グレンの厚を成長させるよ
うに選定される、即ち概して高プロセス圧力（０．０３
−０．１KPa 、即ち０．３−１バール）である。しか
し、正確な条件は使用装置の設計にある程度依存する。 − ＴｉＣx Ｎy Ｏz の第３層、但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１で
あって、ｚ≦０．５、好ましくはｚ＞０．１であり、層
厚が０．１−２μｍで、サイズ≦０．５μｍの等軸晶グ
レン或いは針状晶グレンを有しており、既知のＣＶＤ法
を用いて施こされる。この層は最内層と同じものか或い
は相異するものである。 − 滑面集合組織のα−Ａｌ2 Ｏ3 の外層、但し層厚が
２−１０μｍ、好ましくは３−６μｍであって、表面粗
さが（Ｒａ）測長０．２５mm当りで０．３μｍ未満であ
る。この層はスウェーデン特許第５０１５２７号や同特
許出願第９３０４２８３−６号や第９４００８９−０号
の方法に従って施こされる。
【００１５】ＴｉＣx Ｎy Ｏz 層としてｚ＞０のものを
望むときは、ＣＯ2 及び／或いはＣＯを反応混合気に添
加する。
【００１６】
【実施例】例１ Ａ）６％のＣｏと残部ＷＣの組成を有する型番ＴＮＥＦ
１２０４ＡＮ−６５とＳＥＫＮ１２０４ＡＺセメンテッ
ドカーバイドフライス用インサートをＭＴＣＶＤ法（プ
ロセス温度８５０℃）を用いて、０．５μｍ厚の等軸晶
系ＴｉＣＮとそれに後続する柱状晶グレンの５μｍ厚Ｔ
ｉＣＮ層とを被覆した。同じ被覆処理サイクル中のその
後の工程では、ＴｉＣx Ｎy Ｏz （略ｘ＝０．６，ｙ＝
０．２，ｚ＝０．２）の等軸晶グレンを有する１μｍ厚
層を蒸着し、それに引続いてスウェーデン特許第５０１
５２７号に与えられている条件に従って（０１２）集合
組織α−Ａｌ2 Ｏ3 の４μｍ厚層を蒸着した。ＸＲＤ測
定は１．５の集合組織係数ＴＣ（０１２）を示してい
た。被覆処理後のインサートは湿式ブラスト法によって
滑面処理した。 Ｂ）型番ＴＮＥＦ１２０４ＡＮ−６５のセメンテッドカ
ーバイドのフライス用インサートを、ＴｉＣＮの等軸晶
グレンの１μｍ厚層と、それに後続するＴｉＣＮの柱状
晶グレンの５μｍ厚層とを高温ＣＶＤ法（１０２０℃、
プロセス圧力４００ミリバール、即ち４０KPa ）によっ
て被覆した。同じ被覆サイクル中のその後の工程で、Ｔ
ｉＣx Ｎy Ｏz （略ｘ＝０．６，ｙ＝０．２，ｚ＝０．
２）の等軸晶グレンの１μｍ厚層を蒸着し、そしてそれ
に後続する（０１２）集合組織α−Ａｌ2 Ｏ3 の４μｍ
厚層をスウェーデン特許第５０１５２７号にある条件に
従って蒸着した。ＸＲＤ測定は１．６の集合組織係数Ｔ
Ｃ（０１２）を示していた。被覆後にインサートに湿式
ブラスト法によって滑面処理を施こした。 Ｃ）５．５％Ｃｏと８．５％立方晶炭化物と残部ＷＣの
組成を有する型番ＴＮＥＦ１２０４ＡＮ−６５のセメン
テッドカーバイドのフライス用インサートを前記Ａ）で
与えられた条件で被覆した。被覆後に、インサートに湿
式ブラスト法によって滑面処理を施こした。 Ｄ）前記Ｃ）と同じセメンテッドカーバイド・バッチか
らのフライス用インサートに５μｍ厚のＴｉＣＮ被覆物
を施こし、その上には従来技法に従って粗α−Ａｌ2 Ｏ
3 グレンと微κ−Ａｌ2 Ｏ3 グレンの混合物から成る斯
ゝる４μｍ厚のＡｌ2 Ｏ3 層を施こした。結果のインサ
ートに湿式ブラスト法によって滑面処理を施こした。
【００１７】例２ 前記Ａ）からのインサートを２種の競合グレードと下記
要領で比較試験した。 作業：ＳＡＮＤＶＩＫ ＡＵＴＯカッタ、ダイア（ｄｉ
ａ）：２５０mmを用いて正面フライス工作 工作物：特別に設計されたコンポーネント 材質：ＳＳ０１２５（ネズミ鋳鉄ＨＢ＝２０５） 切削速度：１２９ｍ／分 送り：０．２４mm／歯 切込み：２．０mm インサートタイプ：ＴＮＥＦ１２０４ＡＮ−６５ （注）作業は冷媒を用いずに（乾式で）、実行した。 工具寿命判定規準は工作物の出口側におけるチッピング
であった。
【００１８】例３ 前記Ａ）からのインサートを別のフライス工作において
２種の競合グレードと下記要領で比較試験した。 作業：ＳＡＮＤＶＩＫ１４５カッタ、ダイア（ｄｉ
ａ）：６３mm 工作物：ハイドロリックエンジンのコンポーネント 材質：ＳＳ０１２５（ネズミ鋳鉄ＨＢ＝２２０） 切削速度：１７８ｍ／分 送り：０．１７mm／歯 切込み：２−３mm インサートタイプ：ＳＥＫＮ１２０４ＡＺ （注）作業は冷媒を用いずに（乾式で）実行した。 工具寿命判定規準は表面の仕上りであった。
【００１９】例４ 前記Ａ），Ｃ）及びＤ）からのインサートをフライス工
作において互いに比較試験した。 作業：エンジンブロック 材質：ＳＳ０１２５（ＧＧ２６Ｃｒ）ネズミ鋳鉄 切削速度：１２０ｍ／分 送り：０．２８mm／歯 切込み：４−５mm インサートタイプ：ＴＮＥＦ１２０４ＡＮ−６５ （注）作業は冷媒を用いずに（乾式で）実行した。 インサートは全部で８６８パスで実行され、切刃チッピ
ングに関して比較した。
【００２０】例５ 前記Ａ），Ｂ），Ｄ）からのインサートをフライス工作
において互いに下記要領で比較試験した。 作業：ＳＡＮＤＶＩＫ ＡＵＴＯカッタ、直径２５０mm
を用いた正面フライス工作 工作物：特別設計試験コンポーネント 材質：ＳＳ０１２５ネズミ鋳鉄、ＨＢ＝２０５ 切削速度：１２９ｍ／分 送り：０．３０mm／歯 切込み：２．０mm インサートタイプ：ＴＮＥＦ１２０４ＡＮ−６５ （注）作業は冷媒を用いずに（乾式で）実行した。イン
サートは全部４８回試行し、切刃チッピングに関して比
較した。 結果： バリアント 欠けた切刃領域の相対的幅 Ａ（発明品） ０．３ Ｂ（発明品） ０．４ Ｄ（従来品） １．０ 結果は実際上Ａ）とＢ）の性能が同じであることを示し
ている。唯一の相違はＴｉＣＮ層を蒸着するときに適用
される被覆温度であった。従来品インサートは最も摩耗
していることを示している。
【００２１】
【発明の効果】本発明の切削インサートは特にネズミ鋳
鉄の工作物のフライス工作で、チッピングの発生が抑え
られた耐久性のある高工作性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明品の被覆インサートの断面金属組織を示
す図面に代る５０００倍の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
Ａ…ＷＣ−Ｃｏ基セメンテッドカーバイド基体 Ｂ…等軸晶グレンの最内層（第１） Ｃ…柱状晶グレンの第２層 Ｄ…等軸晶グレン或いは針状晶グレンの第３層 Ｅ…（０１２）集合組織のα−Ａｌ2 Ｏ3 層（最外層）
【数式１】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体と被覆物を含んで成るネズミ鋳鉄を
    フライス工作するための切削インサートにおいて、 該基体はＷＣと３−１５w.t.％のＣｏと周期律表のIV
    ｂ，Ｖｂ或いはVIｂ族に属する金属の≦２w.t.％の炭化
    物から成るＷＣ−Ｃｏ基基体であり、該被覆物は： １）サイズ＜０．５μｍの等軸晶グレンの層厚が０．１
    −２μｍである第１のＴｉＣx Ｎy Ｏz の最内層； ２）直径＜５μｍの柱状晶グレンの層厚が２−１０μｍ
    である第２のＴｉＣxＮy Ｏz の中間層； ３）サイズ≦０．５μｍの等軸晶或いは針状晶グレンの
    層厚が０．１−２μｍである第３のＴｉＣx Ｎy Ｏz の
    中間層； ４）層厚が２−１０μｍである集合組織の滑面微グレン
    化α−Ａｌ2 Ｏ3 の外層を含んで成ることを特徴とする
    被覆切削インサート。
  2. 【請求項２】 該α−Ａｌ2 Ｏ3 層は集合組織係数ＴＣ
    （０１２）が１．３より大きい斯ゝる（０１２）方位集
    合組織を有していることを特徴とする、請求項１に記載
    の被覆切削インサート。
  3. 【請求項３】 該α−Ａｌ2 Ｏ3 層は集合組織係数ＴＣ
    （１０４）が１．３より大きい斯ゝる（１０４）方位集
    合組織を有していることを特徴とする、請求項１に記載
    の被覆切削インサート。
  4. 【請求項４】 該α−Ａｌ2 Ｏ3 層は集合組織係数ＴＣ
    （１１０）が１．３より大きい斯ゝる（１１０）方位集
    合組織を有していることを特徴とする、請求項１に記載
    の被覆切削インサート。
  5. 【請求項５】 該α−Ａｌ2 Ｏ3 層の上に０．１−１μ
    ｍ厚の最外層を有していることを特徴とする、請求項１
    −４のいづれか１項に記載の被覆切削インサート。
  6. 【請求項６】 基体と被覆物を含んで成る切削インサー
    トを製造する方法において、ＷＣ−Ｃｏ基の該基体に： １）サイズ＜０．５μｍの等軸晶グレンのＴｉＣx Ｎy
    Ｏz の最内層を０．１−２μｍ厚になるように、ＣＶＤ
    法によって被覆し； ２）次いで直径約＜５μｍの柱状晶グレンの第２のＴｉ
    Ｃx Ｎy Ｏz の中間層を、２−１０μｍ厚になるよう
    に、７００−９００℃の温度範囲で生成するための炭素
    と窒素の供給源としてアセトニトリルを用いたＭＴＣＶ
    Ｄ法によって或いは高温ＣＶＤ法によって、被覆し； ３）サイズ≦０．５μｍの等軸晶或いは針状晶グレンの
    ＴｉＣx Ｎy Ｏz の中間層を０．１−２μｍ厚になるよ
    うに、ＣＶＤ法によって被覆し；そして ４）集合組織の滑面α−Ａｌ2 Ｏ3 外層を２−１０μｍ
    厚になるようにＣＶＤ法によって被覆することを特徴と
    する、切削インサートの製造方法。
JP8106417A 1995-04-05 1996-04-04 切削インサート Pending JPH08276305A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9501286-0 1995-04-05
SE9501286A SE514181C2 (sv) 1995-04-05 1995-04-05 Belagt hårmetallskär för fräsning av gjutjärn

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