JPH08290308A - 旋削用の被覆切削工具とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 仕上旋削作業と半仕上旋削作業にとって、優
れた性能を発揮するチタン基炭窒化物グレードを提供す
ること。 【解決手段】 フライス作業で従来から使用されている
チタン基炭窒化物グレードを、その炭素含有量がη−相
或いはその他の準化学量論的相が生成される点に近づく
ように当該炭素含有量の最適化を計ることによって改良
し、そしてこの改良グレードにＰＶＤ法によって蒸着さ
せた薄いＴｉの炭化物或いは炭窒化物を被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は仕上加工と半仕上加
工に優れた性能を発揮する、チタン基炭窒化物被覆旋削
用インサートに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーメットグレード、即ちチタンが主要
素である焼結チタン基炭窒化物合金は今や、フライス工
作、旋削工作、穴明け（ドリル）工作等の切削工具用途
で使用される充分に確立した材料であり、そしてこれら
が高切削温度で極めて高い摩耗抵抗を発揮することに起
因して仕上や半仕上の加工のための工具の材料として使
用すると好ましい。これらのグレードに対する需要は加
工に依存して多様である。旋削作業は切削中にフランク
摩耗とクレータ摩耗をもたらす、そして過剰摩耗の場合
には切刃に可塑変形をもたらして、しばしば高温を生み
出す。他方、フライス作業は必然的に断続切削であり、
この作業に使用するグレードは機械的衝撃と熱的衝撃に
対し良好な抵抗をもっぱら必要とする。

【０００３】過去数年の間多大の努力により意図した用
途において非常に良好に働くサーメットグレードの開発
が行われた。しかし、上述の異なる需要を併せて満たす
グレードの実現が明らかに不可能であることに起因し
て、フライス作業と旋削作業の両方において最高の性能
を発揮するグレードは未だ開発されていない。この問題
を克服する１つの試みとして、フライス工作用途に多く
の場合に使用される既存のタフグレードを、主としてＰ
ＶＤ法によって例えばＴｉＮ及び／或いはＴｉＣＮで被
覆することが行われている。このデサインは明らかに摩
耗抵抗の高い工具製品をもたらす。しかし、このグレー
ドの他の特性はそのまま維持されているので、先きに述
べた旋削用途に必要な特性、例えば温度が高くなったと
きの可塑変形に対し充分な抵抗を有していない。この不
利益が生じるのは被覆物が摩滅したりフレーク状に剥離
したりする事態の場合である。

【０００４】米国特許第５，３１４，６５７号からは主
としてフライス工作とドリル工作のために良くバランス
のとれた切削特性を備えたチタン基炭窒化物合金が知ら
れており、この合金は次の式によって特徴付けられる。

【０００５】

【数３】

【０００６】この式は硬質成分相の組成を表し、ａ−ｆ
は夫々炭化物、炭窒化物或いは窒化物生成要素の各元素
のモル比（インデックス）を表し、ｇ−ｈは夫々炭素と
窒素のモル比を表している。但し、以下の関係が成立し
ている。 ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ ｅ＋ｆ＝１ ｇ＋ｈ＝１ ｚ＜１ この合金は焼結したときには、次の関係によって特徴付
けられる。 ０．８８＜ａ＜０．９６、好ましくは０．９０＜ａ＜
０．９４ ０．０４＜ｂ＜０．０８、好ましくは０．０５＜ｂ＜
０．０７ ０≦ｃ≦０．０４、好ましくは０≦ｃ＜０．０３ ０≦ｄ＜０．０４、好ましくは０≦ｄ＜０．０３ ０．６０＜ｆ＜０．７３、好ましくは０．６６＜ｆ＜
０．７２ ０．８０＜ｘ＜０．９０、好ましくは０．８２＜ｘ＜
０．８８ ０．３２＜ｈ＜０．４０、好ましくは０．３４＜ｈ＜
０．３８ 酸素は不純物として存在する。Ｃｏ＋Ｎｉであるバイン
ダ総量は重量比で１２〜１７％、好ましくは１４〜１７
％であり、０．６＜Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）＜０．７、好
ましくはＣｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）＝２／３の比の関係にあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記米
国特許第５，３１４，６５７号に係る合金を仕上加工と
半仕上加工にとって優れた旋削性能を発揮するように改
良することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、次の被
覆切削インサートが提供される。即ち、被覆対象のイン
サートが１２〜１７重量％のコバルトとニッケルに基づ
くバインダとして０．６＜Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）＜０．
７の関係にある斯かるバインダと、

【０００９】

【数４】

【００１０】の関係にある斯かる硬質要素とを含んで成
る、被覆切削インサートにおいて、該被覆対象インサー
トはη相生成限界上の総炭素含有量を有し、そしてＴｉ
の炭化物、窒化物或いは炭窒化物の少なくとも１層が、
好ましくはＰＶＤ法によって、被覆されていることを特
徴とする被覆切削インサートである。

【００１１】上記本発明に係る被覆対象インサートは前
記米国特許に係る組成を有するチタン基炭窒化物合金で
あるが、出発粉末原料混合物の炭素含有量は焼結後の最
絡合金組織における炭素含有量がη−相生成限界までの
値である。ここにいうη−相とはＭ₆ Ｃ或いはＭ₁₂Ｃ、
例えばＷ₃ Ｃｏ₃ Ｃ或いはその他の準化学量論的相であ
る。この合金組織はη−相の存在しないものが好ましい
が、少量（＜０．０２体積％）の均等に分布した微小グ
レンのη−相は許容される。

【００１２】この合金によって作られた本発明に係る切
削インサートはＰＶＤ法を用いて、好ましくはイオンプ
レーティング法を用いて、Ｔｉの炭化物、窒化物或いは
炭窒化物の少なくとも２〜８μｍ厚の１層が被覆され
る。特に良好な成果は５±３μｍ厚の第１ＴｉＣＮ層
（最内層）のＴｉＣＮと＜１μｍ厚の第２ＴｉＮ層の被
覆の場合に得られた。選定された方法によっては、被覆
物の厚みはインサートの異なる面域間で変動する。バイ
ンダ相におけるＮｉの負の影響が排除されるか或いは最
小に抑制されるその他の被覆方法も利用可能である。

【００１３】本発明に係るチタン基炭窒化物インサート
は粉末冶金法によって製造される。この製造のために
は、バインダ相を生成するための原料粉末と硬質要素を
生成するための原料粉末が所望組成に混合される。この
混合物から、加圧成形によりインサートのブランクを作
り、このブランクを１４００〜１６００℃で＜１０mbar
の圧力の真空の下で焼結する。焼結インサートは真空或
いは不活性ガスの中で、室温まで冷却する。得られたイ
ンサートは基体として、表面処理を施こしてから、上述
の被覆が施こされる。

【００１４】粉末混合原料の炭素含有量は酸素含有量、
ミリング（摩砕）時間及び焼結条件に依存して、焼結合
金の総炭素含有量がη−相或いはその他の準化学量論的
相が生成される点に出来る限り近くなるように選定され
る。この種の相は、勿論、これらのタイプの合金におい
て良く知られたものであり、η−相の生成する炭素含有
量は当業者の知っている従来技法を用いて具体的な合金
に対し夫々決めることが出来る。好ましくは、この炭素
含有量は理論的に化学量論的組成を０．２５〜０．３５
重量％の範囲の値、最も好ましくは約０．３重量％を越
えるものである。この炭素含有量レベルは概してη−相
生成限界の組織をもたらす。特定の組成と製造条件のた
めに見い出されたこの炭素含有量は、例えば焼結合金の
磁性コバルト含有量によって調整と対処を容易にする。
それは、例えば、η−相が容易に生成される軽度の脱炭
処理によっても見い出し得る。

【００１５】好適例においては、＜０．２３対数μｍの
標準偏差を有する対数正規分布で変動する角張っていな
い、丸められたグレンのチタン基含有粉末が使用され
る。これは金属の酸化物の或いは金属それ自体の炭化処
理或いは炭窒化処理によって直接に製造するのが最も好
ましい。

【００１６】

【実施例】例１ 本発明に係る旋削インサートＴＮＭＧ１６０４０８ＭＦ
を：重量％で表して、２６．４％の（Ｔｉ，Ｔａ）
（Ｃ，Ｎ）；１１．６％の（Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ；２０％の
Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）；１．４％のＴｉＮ；１．８％のＮｂ
Ｃ；１７．７％のＷＣ；４．６％のＭｏ₂ Ｃ；１１％の
Ｃｏ；５．５％のＮｉ；及び０．３％のスート（ｓｏｏ
ｔ）を混合し、加圧成形し、そして１４３０℃で真空焼
結することにより製造した。使用したＴｉ含有粉末は＜
０．２３対数μｍの標準偏差を有する対数正規分布で変
動した角ばらない丸いグレンであった。焼結インサート
の硬質要素の組成は：（Ｔｉ_a ，Ｔａ_b ；Ｎｂ_c ，
Ｖ_d ）_x （Ｍｏ_e ，Ｗ_f ）_y （Ｃ_g ，Ｎ_h ）_z の式、但
しａ＝０．９０６；ｂ＝０．０５６；ｃ＝０．０３８；
ｄ＝０．０；ｅ＝０．３３３；ｆ＝０．６６７；ｇ＝
０．６１６；ｈ＝０．３８４；ｘ＝０．８６２；及びｙ
＝０．３１８、に係るものである。組織はη−相が存在
していなかった。しかし、焼結インサートの磁性コバル
ト含有量は４．３％の値を呈し、これは合金がη−相生
成に近いものであることを表している。

【００１７】例２ 例１から得られる合金のＴＮＭＧ１６０４０８ＭＦイン
サートには、イオンプレーティング法を用いて、約４μ
ｍ厚のＴｉＣＮ層＋＜１μｍ厚のＴｉＮ層を被覆した
（サンプルＣ）。それと同時に、同じ被覆物を米国特許
第５，３１４，６５７号に係る市場で入手可能なインサ
ートに被覆した（サンプルＢ）。サンプルＢ，Ｃを未被
覆の前記市場入手インサート（サンプルＤ）と共に、下
記の切削条件の下で縦方向の旋削摩耗抵抗試験にかけ
た。 工作物材料： Ｏｖａｋｏ ８２５Ｂ 速度： ２５０ｍ／分 送り： ０．２mm／rev 切込み： １．０mm 冷媒： 有り 工具寿命規準：工作物材料の切刃破壊或いは表面不良

【００１８】各合金インサートの３個の切刃を試験し
た。結果はサンプルＡの結果を１としたときの相対尺度
で表現して、下記の表に示される。

【００１９】 表 合 金 被 覆 フランク クレータ 相対工具寿命 磁性コバルト 摩耗抵抗 摩耗抵抗 含有量wt−％ Ａ 無 1.0±0.1 1.0±0.2 1.0±0.1 6.5 （従来品） Ｂ 有 1.2±0.1 1.9±0.1 1.6±0.2 6.5 （従来品） Ｃ 有 1.5±0.05 2.3±0.1 2.3±0.02 4.3 （発明品） Ｄ 有 1.2±0.1 1.6±0.1 1.5±0.2 --- （従来品）

【００２０】

【発明の効果】本発明に係る被覆インサートは非合金化
炭素鋼、低合金化鋼の半仕上作業並びにステンレス鋼と
ノジュラー鋳鉄の仕上作業に特に優れた成果を発揮する
ことが判明した。このインサートは軽度の断続工作にも
使用することが出来る利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る被覆インサートの合金組織の、図
面に代る４０００倍の顕微鏡写真である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体インサートが１２〜１７重量％の含
   有量を有し、０．６＜／（Ｃｏ＋Ｎｉ）＜０．７の関係
   にあるコバルトとニッケルに基づくバインダ相と、 【数１】 によって表わされる組成を有する硬質要素とを含んで成
   る、斯かる基体インサートを被覆して成る旋削用の被覆
   切削工具インサートにおいて、該基体インサートはη−
   相生成限界上の炭素総含有量を有し、そしてＴｉの炭化
   物、窒化物或いは炭窒化物の少なくとも１層を含む２〜
   ８μｍ厚の被覆物がＰＶＤ法により被覆されていること
   を特徴とする、被覆切削工具インサート。
2. 【請求項２】 前記式のモル比の関係が、 ０．９０＜ａ＜０．９４ ０．０５＜ｂ＜０．０７ ０≦ｃ＜０．０３ ０≦ｄ＜０．０３ ０．６３＜ｆ＜０．７０ ０．８２＜ｘ＜０．８８ ０．３４＜ｈ＜０．３８ であることを特徴とする、請求項１に記載のインサー
   ト。
3. 【請求項３】 該被覆物が最内位のＴｉＣＮ層と最外位
   の＜１μｍ厚のＴｉＮ層を含んで成る、請求項１或いは
   ２に記載のインサート。
4. 【請求項４】 基体合金として１２〜１７重量％の含有
   量を有し且つ０．６＜Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）＜０．７の
   関係にあるバインダ相と、 【数２】 によって表される組成を有する硬質要素とを含んで成る
   斯かるチタン基炭窒化物の基体合金をバインダ相生成粉
   末原料と硬質要素生成粉末原料との混合粉末の摩砕、加
   圧成形及び焼結の工程から成る粉末冶金法によって製造
   し、そして当該基体合金を被覆する方法において、 焼結合金の総炭素含有量がη−相或いはその他の準化学
   量論的相が生成される点に出来るだけ近いものになるよ
   うに焼結の前に該粉末混合原料をその酸素含有量を配慮
   しながら調整し、そしてＴｉの炭化物、窒化物或いは炭
   窒化物の少なくとも１層をＰＶＤ法により２〜８μｍの
   厚さになるように被覆すること、を特徴とする、被覆チ
   タン基炭窒化物合金の製造方法。
5. 【請求項５】 前記炭素含有量が０．２５〜０．３５で
   あることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記式中のモル比の関係が ０．９０＜ａ＜０．９４ ０．０５＜ｂ＜０．０７ ０≦ｃ＜０．０３ ０≦ｄ＜０．０３ ０．６３＜ｆ＜０．７０ ０．８２＜ｘ＜０．８８ ０．３４＜ｈ＜０．３８ であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 【請求項７】 最内位のＴｉＣＮ層と＜１μｍ厚の最外
   位のＴｉＮ層を含んで成る被覆物を蒸着させることを特
   徴とする、請求項４〜６に記載の方法。
8. 【請求項８】 少なくとも１種のＴｉ含有粉末として、
   そのグレンが＜０．２３対数μｍの標準偏差を有する正
   規分布になる角ばっていない丸められたものである斯か
   る粉末を用いることを特徴とする、請求項４〜７に記載
   の方法。
9. 【請求項９】 前記Ｔｉ含有粉末グレンが金属の酸化物
   或いは金属それ自体を炭化処理或いは炭窒化処理により
   製造することを特徴とする、請求項８に記載の方法。