JPH0929512A - 切削工具植刃 - Google Patents

切削工具植刃

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JPH0929512A
JPH0929512A JP8202734A JP20273496A JPH0929512A JP H0929512 A JPH0929512 A JP H0929512A JP 8202734 A JP8202734 A JP 8202734A JP 20273496 A JP20273496 A JP 20273496A JP H0929512 A JPH0929512 A JP H0929512A
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tic
blade
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Bjoern Ljungberg
ユングベルイ ビョルン
Leif Aakesson
オーケソン レイフ
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Sandvik AB
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は被膜切削植刃を開示し、特に、低合
金鋼の断続切削に有効である。 【解決手段】 植刃は、高Ｗ合金Ｃｏバインダー相を有
するＷＣ−Ｃｏ系超硬合金ボディーを特徴とし、且つ被
膜は柱状のＴｉＣX ＮY ＯZ 最内層と微細粒子集合組織
α−Ａｌ2 Ｏ3 層のトップ被膜を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に低合金鋼の断
続切削に有効である被膜切削工具（超硬合金植刃）に関
する。
【０００２】
【従来の技術】低合金鋼は、被膜または非被膜超硬合金
工具で機械加工することは一般に困難な材料である。切
れ刃上への加工物材料の付着（ｓｍｅａｒｉｎｇ）と被
膜の剥離とが度々起こる。断続的機械加工が湿式条件
（冷却剤の使用）で成されるときは切削条件は特に困難
である。
【０００３】被膜超硬合金工具で低合金鋼を機械加工す
る場合、切れ刃は、化学摩耗、アブレシブ摩耗によって
及び凝着摩耗と呼ばれる摩耗によって摩耗する。しばし
ば凝着摩耗が工具寿命を限定する摩耗となる。この凝着
摩耗は、層の破片または個々の粒子また超硬合金の一部
分が、形成された加工物の切粉によって切れ刃から連続
して引き離されたときに生じる。さらに、湿式切削に採
用された場合、この摩耗は付加的な摩耗機構によってさ
らに促進されうる。冷却剤及び加工物材料が被膜の冷却
クラックに浸透する。この浸透が、加工物材料と冷却剤
のあいだで超硬合金としばしば化学反応を起こす。Ｃｏ
バインダー相はクラックの近く一帯及び被膜と超硬合金
の間の界面に沿って酸化する。ある時間経過後、被膜小
片が少しずつ消失する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高Ｗ合金バインダー相
と柱状のＴｉＣX ＮY ＯZ 層と集合組織のα−Ａｌ2 Ｏ
3 層とを含む超硬合金ボディー、及び、湿式吹きつけ加
工またはブラッシ仕上げによる被膜表面の処理との特徴
を組み合わせることにより、低合金鋼の切削をするため
の優秀な切削工具が得られることが以外にも明らかにな
った。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明にしたがい、切削工具植刃は、５〜１１ｗｔ％のＣ
ｏ、好ましくは５〜８ｗｔ％のＣｏ、１０％未満好まし
くは５〜１１ｗｔ％のＴｉ、Ｔａ及び／またはＮｂの金
属の立方晶炭化物と、残余ＷＣの組成の超硬合金ボディ
ーで提供される。ＷＣの結晶粒径は１〜３μｍ、好まし
くは約２μｍである。コバルトバインダー相はＷで高合
金化される。このバインダー相のＷ含有量は次式で表さ
れ、 ＣＷ比 ＝ Ｍｓ／（ｗｔ％Ｃｏ × ０．０１６１） ここで、Ｍｓは超硬合金ボディーの測定された飽和磁化
であり、且つｗｔ％Ｃｏは超硬合金中のＣｏの重量％で
ある。ＣＷ値はＣｏバインダー相中のＷ含有量の関数で
ある。低ＣＷ値はこのバインダー相中の高Ｗ含有量に相
当する。
【０００６】超硬合金ボディーが０．７６〜０．９３、
好ましくは０．８０〜０．９０のＣＷ比を有するときに
改良された切削性能が達成されることが、本発明にした
がって此処で明確にされた。超硬合金ボディーは、いず
れに有害な影響もなく１ｖｏｌ．％未満のイータ相（Ｍ
6 Ｃ）を少量含有してもよい。好ましい実施態様におい
て、立方晶炭化物が枯渇しかつバインダー相中でしばし
ば豊富になる薄い表面帯（約１５〜３５μｍ）が、米国
特許第４，６１０，９３１号に開示するように先行技術
により示すことができる。この場合、超硬合金は窒化炭
素または均一な窒素を含有することができる。
【０００７】被膜は次のものを含んでなる。すなわち、 ─ ０．１〜２μｍの厚みと大きさが０．５μｍ未満の
等軸結晶粒とを有し、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１であり好ましくは
Ｚ＜０．５であるＴｉＣX ＮY ＯZ の第１層（最内
側）。 ─ ２〜１５μｍ好ましくは５〜８μｍの厚みと直径が
約５μｍ未満好ましくは２μｍ未満の柱状結晶粒とを有
し、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１であり好ましくはＺ＝０、Ｘ＞０．
３、Ｙ＞０．３であるＴｉＣX ＮY ＯZ の第２層。
【０００８】─ ０．１〜２μｍの厚みと大きさが０．
５μｍ以下の等軸または針状の結晶粒とを有し、Ｘ＋Ｙ
＋Ｚ＝１でありＺ≦０．５好ましくはＺ＞０．１である
ＴｉＣX ＮY ＯZ の第３層で、この層は最内側層と同一
かまたは相違する。 ─ ２〜１０μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みと長さ１
０μｍに渡ってＲMAX≦０．４μｍの表面粗さとを有
し、集合組織の微細粒（約０．５〜２μｍの結晶粒径）
で滑らかなα−Ａｌ2 Ｏ3 層の第４層で、好ましくはこ
のＡｌ2 Ｏ3 層は最外層であるが、例えばＴｉＮの薄い
化粧層（約０．１〜１μｍ）ような層を引き続き付加し
てもよい。
【０００９】さらに、α−Ａｌ2 Ｏ3 層は、Ｘ線回折装
置（ＸＲＤ）によって決定されるように、（１０４）、
（０１２）の双方或いは（１１０）方向、好ましくは
（０１２）方向に好ましい結晶成長方位を有する。集合
組織係数ＴＣは次の式ように定義される。すなわち、 ＴＣ（ｈｋｌ）＝Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ0 （ｈｋｌ）×
［（１／Ｎ）×Σ｛Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ0 （ｈｋｌ）｝］
-1 式中で Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定強度 Ｉ0 （ｈｋｌ）＝ＡＳＴＭ標準パウダーパターン回折デ
ーターの標準強度 ｎ＝計算に使用した回折の数、使用した（ｈｋｌ）回折
は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１
３）、（０２４）、（１１６）である。
【００１０】本発明にしたがって、（０１２）、（１０
４）又は（１１０）結晶面の組に対するＴＣは、１．３
より大きく好ましくは１．５より大きい。本発明の方法
にしたがい、上記のＣＷ比を有する高Ｗ合金バインダー
相を有するＷＣ−Ｃｏ系超硬合金ボディーは次の層で被
膜される。すなわち、 ─ 既知のＣＶＤ方法を使用して、０．１〜２μｍの厚
みと大きさが０．５μｍ未満の等軸結晶粒とを有し、Ｘ
＋Ｙ＋Ｚ＝１であり好ましくはＺ＜０．５であるＴｉＣ
X ＮY ＯZ の第１層（最内側）。
【００１１】─ ＭＴＣＶＤ技術によって好ましく蒸着
された２〜１５μｍ好ましくは５〜８μｍの厚みと直径
が約５μｍ未満好ましくは２μｍ未満の柱状結晶粒とを
有し、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１であり好ましくはＺ＝０、Ｘ＞
０．３、Ｙ＞０．３であるＴｉＣX ＮY ＯZ の第２層
（７００〜９００℃の温度範囲で層を形成するために炭
素及び窒素源としてアセトニトリルを使用する）で、し
かしながら、この正確な条件は使用する装置の形式にあ
る程度依存する。
【００１２】─ 既知のＣＶＤ方法を使用して０．１〜
２μｍの厚みと大きさが０．５μｍ以下の等軸または針
状の結晶粒とを有し、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１でありＺ≦０．５
好ましくはＺ＞０．１であるＴｉＣX ＮY ＯZ の第３層
で、この層は最内側層と同一かまたは相違する。 ─ ２〜１０μｍ好ましくは３〜６μｍの厚みと長さ１
０μｍに渡ってＲMAX≦０．４μｍの表面粗さとを有
し、スウェーデン特許願書第９３０４２８３−６号また
は第９４０００８９−０号に従う滑らかな集合組織α−
Ａｌ2 Ｏ3 層の第４層で、スウェーデン特許願書第９４
０２５４３−４号に開示されているように、微細粒（４
００〜１５０メッシュ）アルミナ粒子で被膜表面を穏や
かな湿式吹きつけ加工をすることにより、または、例え
ば、ＳｉＣのブラシで刃先をブラシ仕上げすることによ
り、平滑被膜表面を得ることができる。
【００１３】Ｚ＞０であるＴｉＣX ＮY ＯZ 層を所望す
るとき、ＣＯ2 及び／またはＣＯが反応ガス混合物を添
加する。
【００１４】
【実施例及び発明の効果】
実施例１ Ａ． ７．５ｗｔ％のＣｏと、１．８ｗｔ％のＴｉＣ
と、０．５ｗｔ％のＴｉＮと、３．０ｗｔ％のＴａＣ
と、０．４ｗｔ％のＮｂＣと、残余がＷＣとの組成を有
し、０．８８のＣＷ比に相当するＷを高合金化したバイ
ンダー相を有する型式ＣＮＭＧ１２０４０８−ＳＭの超
硬合金切削工具植刃は、ＭＴＣＶＤ技術を用いて、０．
５μｍの等軸ＴｉＣＮ層に引き続き柱状結晶粒を有する
７μｍの厚さのＴｉＣＮ層を被膜した（処理温度は８５
０℃で、ＣＨ3 ＣＮを炭素／窒素源とした）。その後の
処理工程において、同じ被膜期間中に１μｍ厚さの等軸
のＴｉＣX ＮY ＯZ 層（約Ｘ＝０．６、Ｙ＝０．２及び
Ｚ＝０．２）が蒸着され、引き続き４μｍ厚みの（０１
２）集合組織α−Ａｌ2 Ｏ3 層がスウェーデン特許第５
０１５２７号に記載される条件にしたがって蒸着され
た。ＸＲＤ測定はα−Ａｌ2 Ｏ3 層に対して１．６の集
合組織係数ＴＣ（０１２）を示した。超硬合金ボディー
は、立方晶炭化物が激減した約２５μｍ厚さの表面帯を
有した。
【００１５】Ｂ． Ａのような同一バッチからの型式Ｃ
ＮＭＧ１２０４０８−ＳＭの超硬合金切削工具植刃は、
ＭＴＣＶＤ技術を使用して、０．５μｍの等軸のＴｉＣ
Ｎ層が被膜され引き続いて柱状結晶を有する７μｍの厚
さのＴｉＣＮ層が被膜された（処理温度は８５０℃で、
ＣＨ3 ＣＮを炭素／窒素源とした）。その後の処理工程
において、同じ被膜期間中に１μｍ厚さの等軸のＴｉＣ
X ＮY ＯZ 層（約Ｘ＝０．６、Ｙ＝０．２及びＺ＝０．
２）が蒸着され、引き続き４μｍ厚みの（１０４）集合
組織のα−Ａｌ2 Ｏ3 層がスウェーデン特許願書第９４
００８９−０号に記載される条件にしたがって蒸着され
た。ＸＲＤ測定はα−Ａｌ2 Ｏ3 層に対して１．７の集
合組織係数ＴＣ（１０４）を示した。
【００１６】Ｃ． ６．５ｗｔ％のＣｏと、８．８ｗｔ
％の立方晶炭化物（３．３ｗｔ％のＴｉＣ、３．４ｗｔ
％のＴａＣ及び２．１ｗｔ％のＮｂＣ）と、残余ＷＣと
の組成を有する型式ＣＮＭＧ１２０４０８−ＳＭの超硬
合金切削工具植刃は、Ａに示す手順で被膜された。超硬
合金ボディーは１．０のＴＷ比を有した。ＸＲＤ測定は
α−Ａｌ2 Ｏ3 層に対して１．５の集合組織係数ＴＣ
（０１２）を示した。
【００１７】Ｄ． Ａのような同一のバッチからの型式
ＣＮＭＧ１２０４０８−ＳＭの超硬合金切削工具植刃
は、６μｍの等軸のＴｉＣＮ層を被膜し引き続き先行技
術にしたがい４μｍ厚みのＡｌ2 Ｏ3 層を被膜した。Ａ
ｌ2 Ｏ3 層は約３０／７０の比でαＡｌ2 Ｏ3 とκＡｌ
2 Ｏ3 との混合物から成ることをＸＲＤ分析が示した。 Ｅ． Ｃのような同一のバッチからの超硬合金切削工具
植刃が、Ｄで与えられる手順にしたがって被膜された。
Ａｌ2 Ｏ3 層は約２０／８０の比でα−Ａｌ2Ｏ3 とκ
−Ａｌ2 Ｏ3 との混合物から成ることをＸＲＤ分析が示
した。
【００１８】切削試験をする前に、ＡからＥまでの全て
の植刃は、被膜表面を滑らかにするためにアルミナ水ス
ラリーを使用して湿式吹きつけ加工がされた。植刃は断
続縦方向旋削工程において試験した。加工物材料は外形
１９０ｍｍ内径３０ｍｍのリングであり厚さ２２ｍｍの
形状の低合金低炭素鋼（ＳＣｒ４２０Ｈ）であった。リ
ングの厚みにわたる各縦方向の通過は１ｍｍ毎に２２回
の中断からなる。剥離が発生するまでのリング厚さにわ
たる通過回数が各種類に対して記録された。 種類 エッジ剥離前の通過回数 Ａ．）本発明に従う高Ｗ合金超硬合金ボディー １６５ 柱状被膜／０１２−α−Ａｌ2 Ｏ3 Ｂ．）本発明に従う高Ｗ合金超硬合金ボディー １１７ 柱状被膜／１０４−α−Ａｌ2 Ｏ3 Ｃ．）低Ｗ合金超硬合金ボディー（比較例） ６０ 柱状被膜／０１２−α−Ａｌ2 Ｏ3 Ｄ．）高Ｗ合金超硬合金ボディー（比較例） １５ 等軸被膜／０１２−α＋κ−Ａｌ2 Ｏ3 Ｅ．）低Ｗ合金超硬合金ボディー（比較例） １５ 等軸被膜／０１２−α＋κ−Ａｌ2 Ｏ3 実施例２ Ｆ． ７．５ｗｔ％のＣｏ、２．３ｗｔ％のＴｉＣ、
３．０ｗｔ％のＴａＣ、０．４ｗｔ％のＮｂＣ、及び、
残余がＷＣと０．８８のＣＷ比に相当するＷを高合金化
したバインダー相との組成を有する型式ＣＮＭＧ１２０
４０８−ＱＭの超硬合金切削工具植刃は、ＭＴＣＶＤ技
術を用いて０．５μｍの等軸のＴｉＣＮ層に引き続き柱
状結晶粒を有する７μｍの厚さのＴｉＣＮ層を被膜した
（処理温度は８５０℃で、ＣＨ3 ＣＮを炭素／窒素源と
した）。その後の処理工程において、同じ被膜期間中
に、１μｍ厚さのＴｉＣX ＮY ＯZ （Ｘ＝０．６、Ｙ＝
０．２及びＺ＝０．２）の等軸の層が蒸着され、引き続
き４μｍ厚みの（０１２）集合組織のα−Ａｌ2 Ｏ3 層
がスウェーデン特許第５０１５２７号に記載される条件
にしたがって蒸着された。超硬合金ボディーは、表面近
傍に立方晶炭化物が激減した領域は存在しなかった（実
施例１の植刃に存在したように）。
【００１９】ＸＲＤ測定はα−Ａｌ2 Ｏ3 層に対して
１．５の集合組織係数ＴＣ（０１２）を示した。 Ｇ． ５．５ｗｔ％のＣｏと、８．４ｗｔ％の立方晶炭
化物（２．６ｗｔ％のＴｉＣ、３．５ｗｔ％のＴａＣ及
び２．３ｗｔ％のＮｂＣ）と、残余ＷＣとの組成を有す
る型式ＣＮＭＧ１２０４０−ＱＭの超硬合金切削工具植
刃は、Ｄに示す手順にしたがって被膜された。超硬合金
ボディーは０．９８のＴＷ比を有した。
【００２０】Ａｌ2 Ｏ3 層は約２５／７５の比でα−Ａ
ｌ2 Ｏ3 とκ−Ａｌ2 Ｏ3 との混合物から成ることをＸ
ＲＤ分析が示した。 Ｈ． Ｇのような同一バッチからの超硬合金切削工具植
刃は、Ａで示した手順で被膜された。ＸＲＤ測定は１．
６の集合組織係数ＴＣ（０１２）を示した。全ての植刃
ＦとＧは、被膜面を滑らかにするために切れ刃に沿って
ブラシ仕上げをし、実施例１に示した方法にしたがって
試験をした。 種類 エッジ剥離前の通過回数 Ｆ．）本発明に従う高Ｗ合金超硬合金ボディー １６５ 柱状被膜／０１２−α−Ａｌ2 Ｏ3 Ｇ．）高Ｗ合金超硬合金ボディー（比較例） １５ 等軸被膜／α＋κ−Ａｌ2 Ｏ3 Ｈ．）低Ｗ合金超硬合金ボディー（比較例） ６０ 柱状被膜／０１２−α−Ａｌ2 Ｏ3
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う被膜植刃の倍率５０００Ｘの組織
写真であり、Ａ−超硬合金ボデー、Ｂ−等軸結晶粒を有
するＴｉＣX ＮY ＯZ 層、Ｃ−柱状結晶粒を有するＴｉ
ＣX ＮY ＯZ 層、Ｄ−等軸または針状結晶粒を有するＴ
ｉＣX ＮY ＯZ 層、Ｅ−柱状結晶粒を有する集合組織α
−Ａｌ2 Ｏ3 層を示す。
【符号の説明】
Ａ…超硬合金ボデー Ｂ…等軸結晶粒を有するＴｉＣX ＮY ＯZ 層 Ｃ…柱状結晶粒を有するＴｉＣX ＮY ＯZ 層 Ｄ…等軸または針状結晶粒を有するＴｉＣX ＮY ＯZ 層 Ｅ…柱状結晶粒を有する集合組織α−Ａｌ2 Ｏ3 層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年８月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明にしたがい、切削工具植刃は、５〜１１ｗｔ％のＣ
ｏ、好ましくは５〜８ｗｔ％のＣｏ、１０％未満好まし
くは１．５〜７．５ｗｔ％のＴｉ、Ｔａ及び／またはＮ
ｂの金属の立方晶炭化物と、残余ＷＣの組成の超硬合金
ボディーで提供される。ＷＣの結晶粒径は１〜３μｍ、
好ましくは約２μｍである。コバルトバインダー相はＷ
で高合金化される。このバインダー相のＷ含有量は次式
で表され、 ＣＷ比 ＝ Ｍｓ／（ｗｔ％Ｃｏ × ０．０１６１） ここで、Ｍｓは超硬合金ボディーの測定された飽和磁化
であり、且つｗｔ％Ｃｏは超硬合金中のＣｏの重量％で
ある。ＣＷ値はＣｏバインダー相中のＷ含有量の関数で
ある。低ＣＷ値はこのバインダー相中の高Ｗ含有量に相
当する。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超硬合金ボディー及び被膜を含んでなる
    低合金鋼の機械加工用の切削工具植刃であって、 前記超硬合金ボディーが、ＷＣ、５〜１１ｗｔ％のＣ
    ｏ、周期律表のＩＶｂ、Ｖｂ又はＶＩｂ族の金属の立方
    晶炭化物を０〜１０ｗｔ％及び０．７６〜０．９３のＣ
    Ｗ比を有する高Ｗ合金バインダー相から成り、且つ前記
    被膜が、 ─ ０．１〜２μｍの厚みと大きさが０．５μｍ未満の
    等軸結晶粒とを有するＴｉＣX ＮY ＯZ の最内側の第１
    層、 ─ ２〜１５μｍの厚みと直径が５μｍ未満の柱状結晶
    粒とを有するＴｉＣXＮY ＯZ の層、 ─ ０．１〜２μｍの厚みと大きさが０．５μｍ以下の
    等軸または針状の結晶粒とを有するＴｉＣX ＮY ＯZ の
    層、及び ─ 滑らかで集合組織の０．５〜２μｍの微細粒と２〜
    １０μｍの厚みとを有するα−Ａｌ2 Ｏ3 層の外側層、
    を含んでなることを特徴とする切削工具植刃。
  2. 【請求項２】 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 層が、（０１２）方
    向の集合組織と１．３より大きな（０１２）集合組織係
    数ＴＣを有することを特徴とする請求項１記載の切削工
    具植刃。
  3. 【請求項３】 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 層が、（１０４）方
    向の集合組織と１．３より大きな（１０４）集合組織係
    数ＴＣを有することを特徴とする請求項１記載の切削工
    具植刃。
  4. 【請求項４】 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 層が、（１１０）方
    向の集合組織と１．３より大きな（１１０）集合組織係
    数ＴＣを有することを特徴とする請求項１記載の切削工
    具植刃。
  5. 【請求項５】 薄い０．１〜１μｍのＴｉＮの最も外側
    の被膜を特徴とする請求項１記載の切削工具植刃。
  6. 【請求項６】 超硬合金ボディー及び被膜を含んでなる
    切削工具植刃の製造方法であって、 ─ 既知のＣＶＤ法を使用する０．１〜２μｍの厚みと
    大きさが０．５μｍ未満の等軸結晶粒とを有するＴｉＣ
    X ＮY ＯZ の最も内側の第１層、 ─ ８５０〜９００℃の好ましい温度範囲で層を形成す
    るために炭素及び窒素源としてアセトニトリルを使用す
    るＭＴＣＶＤ−技術によって蒸着された直径が５μｍ未
    満の柱状結晶粒で２〜１５μｍの厚みを有するＴｉＣX
    ＮY ＯZ の層、 ─ 公知のＣＶＤ−方法を使用して大きさが０．５μｍ
    以下の等軸または針状の結晶粒と０．１〜２μｍの厚み
    を有するＴｉＣX ＮY ＯZ の層、及び ─ ２〜１０μｍの厚みで（０１２）、（１０４）また
    は（１１０）方向に集合組織化した滑らかな集合組織α
    −Ａｌ2 Ｏ3 層の外側層、 を被膜する切削工具植刃の製造方法。
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