JPH0929510A - 硬質被覆層がすぐれた耐熱衝撃性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents

硬質被覆層がすぐれた耐熱衝撃性を有する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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JPH0929510A
JPH0929510A JP7207894A JP20789495A JPH0929510A JP H0929510 A JPH0929510 A JP H0929510A JP 7207894 A JP7207894 A JP 7207894A JP 20789495 A JP20789495 A JP 20789495A JP H0929510 A JPH0929510 A JP H0929510A
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JP
Japan
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layer
cutting tool
hard coating
coating layer
thermal shock
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Application number
JP7207894A
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English (en)
Inventor
Keiji Nakamura
恵滋 中村
Toshiaki Ueda
稔晃 植田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬質被覆層がすぐれた耐熱衝撃性を有する表
面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 超硬合金基体の表面に、TiC,Ti
N,TiCN,TiCO,TiNO、およびTiCNO
のうちの1種の単層または2種以上の複層で構成された
Ti化合物層とAl2 3 層からなる硬質被覆層を5〜
20μmの平均層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製
切削工具において、上記Al2 3 層の平均層厚を1〜
15μmとし、かつ前記Al2 3 層の上方部分に、前
記Al2 3層の平均層厚の10〜70%に相当する層
厚に亘ってSiを1〜20重量%の割合で含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層がす
ぐれた耐熱衝撃性を有し、したがって切刃に対して大き
な熱衝撃のかかる、例えば鋼の湿式高速切削に用いた場
合にも切刃に欠けやチッピング(微小欠け)などの発生
なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮する表面被
覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具(以下、被覆
超硬切削工具という)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に鋼などの連続切削や断続切
削に被覆超硬切削工具が用いられている。また、上記の
被覆超硬切削工具が、例えば特公昭57−1585号公
報や特公昭59−52703号公報に記載される通り、
全体に均質な炭化タングステン基超硬合金基体や、結合
相形成成分としての例えばCoなどの含有量が基体内部
に比して相対的に高い表面部、すなわち表面部に結合相
富化帯域を有する炭化タングステン基超硬合金基体(以
下、これらを総称して超硬合金基体という)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、窒酸化物、および炭窒酸化物
(以下、それぞれTiC,TiN,TiCN,TiC
O,TiNO、およびTiCNOで示す)のうちの1種
の単層または2種以上の複層で構成されたTi化合物層
と、Al酸化物(以下、Al2 3 で示す)層からなる
硬質被覆層を5〜20μmの平均層厚で形成してなるも
のが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
の省力化および省エネ化に対する要求は強く、これに伴
ない、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被
覆超硬切削工具を、特に切刃への熱衝撃の大きい、鋼な
どの湿式高速切削に用いた場合、硬質被覆層を構成する
Al2 3 層が十分な耐熱衝撃性を具備するものでない
ために、これが原因で切刃に欠けやチッピングなどが発
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。
【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、上記の従来被覆超硬切削工具に
着目し、これの硬質被覆層を構成するAl2 3 層の耐
熱衝撃性向上をはかるべく研究を行なった結果、上記の
従来被覆超硬切削工具の硬質被覆層を構成するAl2
3 層における上方部分に所定層厚に亘ってSiを含有さ
せると、この結果のSi部分含有Al23 層は、前記
Si含有上方部分によってすぐれた耐熱衝撃性をもつよ
うになり、かつ実質的にAl2 3 からなる下方部分に
よってすぐれた耐摩耗性および耐熱性が確保されるよう
になることから、硬質被覆層全体の耐熱衝撃性が耐摩耗
性の低下なく向上し、この結果の被覆超硬切削工具は熱
衝撃の大きい切削加工にもすぐれた耐欠損性を長期に亘
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、超硬合金基体の表面に、Ti
C,TiN,TiCN,TiCO,TiNO、およびT
iCNOのうちの1種の単層または2種以上の複層で構
成されたTi化合物層とAl23 層からなる硬質被覆
層を5〜20μmの平均層厚で形成してなる被覆超硬切
削工具において、上記硬質被覆層を構成するAl2 3
層の平均層厚を1〜15μmとし、かつ前記Al2 3
層の上方部分に、前記Al2 3 層の平均層厚の10〜
70%に相当する層厚に亘ってSiを1〜20重量%の
割合で含有せしめてなる、硬質被覆層がすぐれた耐熱衝
撃性を有する被覆超硬切削工具に特徴を有するものであ
る。
【0006】なお、この発明の被覆超硬切削工具におい
て、硬質被覆層を構成する上記Si部分含有Al2 3
層のうちのSi含有上方部分は、通常の化学蒸着装置ま
たは物理蒸着装置にて、反応ガス組成:容量%で、Al
Cl3 :1〜20%、CO2 :0.5〜30%、SiC
4 :0.001〜0.2%、必要に応じてHCl:1
〜20%および/またはH2 S:0.05〜5%、
2 :残り、反応温度:850〜1050℃、雰囲気圧
力:30〜200torr、の条件で形成することができ、
この場合Siの含有量割合が1重量%未満では所望の耐
熱衝撃性向上効果が得られず、一方、Siの含有割合が
20重量%を越えると耐摩耗性が低下するようになるこ
とから、Siの含有割合は1〜20重量%、望ましくは
5〜12重量%とする必要がある。また、硬質被覆層を
構成するTi化合物層は、化学蒸着法および/または物
理蒸着法にて、通常の条件で形成されるが、第1層をT
iN層とした場合、第2層以降の形成に際して、前記第
1層のTiN層中に超硬合金基体を構成するC成分が拡
散固溶する場合があり、この場合は前記第1層の一部あ
るいは全体がTiCNで構成されるようになる。さら
に、硬質被覆層の平均層厚を5〜20μmとしたのは、
その平均層厚が5μm未満では所望のすぐれた耐摩耗性
を確保することができず、一方、その平均層厚が20μ
mを越えると切刃に欠けやチッピングなどが発生し易く
なるという理由によるものであり、またSi部分含有A
2 3 層の平均層厚は、上記の通り1〜15μmとす
るものであり、これは、その平均層厚が1μm未満で
は、Si含有上方部分の層厚がこれの10%未満、すな
わち0.1μm未満となってしまい、所望のすぐれた耐
熱衝撃性を確保することができなくなり、一方、その平
均層厚が15μmを越えると、Si含有上方部分の層厚
が、これの70%に相当する10.5μmを越えて厚く
なる場合が生じ、この場合は耐摩耗性の低下が避けられ
ないという理由からであり、望ましくはSi部分含有A
2 3 層の平均層厚は5〜10μm、Si含有上方部
分の層厚は前記Si部分含有Al2 3 層の平均層厚に
対する割合で30〜50%とするのがよい。また、さら
に硬質被覆層を構成するTi化合物層のうちのTiCN
層を、例えば特開平6−8010号公報に記載される縦
長成長結晶組織とすると、通常の粒状結晶組織を有する
TiCN層に比して一段とすぐれた切削性能を発揮する
ようになる。
【0007】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬切削
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を有する中粒WC粉末、同5μm
の粗粒WC粉末、同1.5μmの(Ti,W)C(重量
比で、以下同じ、TiC/WC=30/70)粉末、同
1.2μmの(Ti,W)CN(TiC/TiN/WC
=24/20/56)粉末、同1.3μmの(Ta,N
b)C(TaC/NbC=90/10)粉末、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、ISO・CNMG120408
(超硬合金基体A〜D用)および同SEEN42AFT
N1(超硬合金基体E用)に定める形状の圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体を同じく表1に示される条件で真
空焼結して超硬合金基体A〜Eをそれぞれ製造した。さ
らに、上記超硬合金基体Bに対して、100torrのCH
4 ガス雰囲気中、温度:1400℃に1時間保持後徐冷
の浸炭処理を施し、浸炭処理後、基体表面に付着するカ
ーボンとCoを酸およびバレル研磨で除去することによ
り表面から12μmの深さ位置で最大Co含有量:1
5.1重量%を示し、かつ深さが21.5μmのCo富
化帯域を基体表面部に形成した。また、上記超硬合金基
体AおよびDには、焼結したままで、基体表面部に、表
面から16μmの深さ位置で9.3重量%の最大Co含
有量を示し、かつ深さが24μmのCo富化帯域が形成
されており、残りの超硬合金基体CおよびEには、前記
Co富化帯域の形成がなく、全体に均質な組織をもつも
のであった。さらに、表1には上記超硬合金基体A〜E
の内部硬さ(ロックウエル硬さAスケール)をそれぞれ
示した。
【0008】ついで、これらの超硬合金基体A〜Eの表
面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着装置
を用い、表2に示される条件で、表3,4に示される組
成および平均層厚の硬質被覆層を形成することにより本
発明被覆超硬切削工具1〜10および従来被覆超硬切削
工具1〜10をそれぞれ製造した。
【0009】つぎに、上記の本発明被覆超硬切削工具1
〜8および従来被覆超硬切削工具1〜8について、被削
材:SCM440の丸棒、切削速度:358m/min.、
切り込み:2.5mm、 送り:0.25mm/re
v.、切削時間:20分、の条件での鋼の湿式連続高速切
削試験、被削材:SCM440の角材、切削速度:23
0m/min.、切り込み:1.5mm、 送り:0.
29mm/rev.、切削時間:30分、の条件での鋼の湿式
断続高速切削試験を行い、いずれの切削試験でも切刃の
逃げ面摩耗幅を測定した。また、本発明被覆超硬切削工
具9,10および従来被覆超硬切削工具9,10につい
ては、被削材:SCM440の角材、切削速度:385
m/min.、切り込み:2mm、 送り:0.2
5mm/刃、切削時間:30分、の条件で鋼の湿式フライ
ス高速切削試験を行ない、同じく切刃の逃げ面摩耗幅を
測定した。これらの測定結果を表5に示した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】
【表4】
【0014】
【表5】
【0015】
【発明の効果】表3〜5に示される結果から、本発明被
覆超硬切削工具1〜10は、いずれもSi部分含有Al
2 3 層におけるSi含有上方部分によって硬質被覆層
がすぐれた耐熱衝撃性をもつようになるので、熱衝撃の
大きい鋼の湿式高速切削でも切刃に欠けやチッピングな
どの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対し
て、従来被覆超硬切削工具1〜10においては、硬質被
覆層を構成するAl2 3層が原因で上記の湿式高速切
削では切刃に欠けやチッピングが発生し、比較的短時間
で使用寿命に至ることが明らかである。上述のように、
この発明の被覆超硬切削工具は、硬質被覆層がすぐれた
耐熱衝撃性を有するので、通常の連続切削および断続切
削は勿論のこと、熱衝撃の大きい湿式高速切削にもすぐ
れた耐欠損性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を
発揮するのである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全体に均質な炭化タングステン基超硬合
    金基体、または表面部に結合相富化帯域を有する炭化タ
    ングステン基超硬合金基体の表面に、Tiの炭化物、窒
    化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、および炭窒酸化
    物のうちの1種の単層または2種以上の複層で構成され
    たTi化合物層とAl酸化物層からなる硬質被覆層を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、 上記硬質被覆層を構成するAl酸化物層の平均層厚を1
    〜15μmとし、かつ前記Al酸化物層の上方部分に、
    前記Al酸化物層の平均層厚の10〜70%に相当する
    層厚に亘ってSiを1〜20重量%の割合で含有せしめ
    たことを特徴とする硬質被覆層がすぐれた耐熱衝撃性を
    有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工
    具。
JP7207894A 1995-07-21 1995-07-21 硬質被覆層がすぐれた耐熱衝撃性を有する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 Pending JPH0929510A (ja)

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Effective date: 20010814