JPH10176289A - 被覆硬質合金 - Google Patents
被覆硬質合金Info
- Publication number
- JPH10176289A JPH10176289A JP34675696A JP34675696A JPH10176289A JP H10176289 A JPH10176289 A JP H10176289A JP 34675696 A JP34675696 A JP 34675696A JP 34675696 A JP34675696 A JP 34675696A JP H10176289 A JPH10176289 A JP H10176289A
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- coating film
- film
- cutting
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高能率切削において、長寿命でかつ安定した
切削を実現する被覆硬質合金を得るため、皮膜の密着性
をさらに高めた皮膜を提供する。 【解決手段】 ＴｉとＡｌの窒化物、炭窒化物、炭窒酸
化物、窒硼化物、炭窒硼化物の一種以上からなる第一の
硬質層を基体硬質合金に被覆した被覆硬質合金におい
て、前記第一の硬質層と前記基体硬質合金との間にＺｒ
の窒化物、炭窒化物、窒硼化物、炭窒硼化物より選ばれ
た少なくとも一種の第二の硬質層を介在させたることに
より構成する。
切削を実現する被覆硬質合金を得るため、皮膜の密着性
をさらに高めた皮膜を提供する。 【解決手段】 ＴｉとＡｌの窒化物、炭窒化物、炭窒酸
化物、窒硼化物、炭窒硼化物の一種以上からなる第一の
硬質層を基体硬質合金に被覆した被覆硬質合金におい
て、前記第一の硬質層と前記基体硬質合金との間にＺｒ
の窒化物、炭窒化物、窒硼化物、炭窒硼化物より選ばれ
た少なくとも一種の第二の硬質層を介在させたることに
より構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、優れた耐摩耗性を
有する被覆硬質合金に関する。
有する被覆硬質合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来はＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の皮膜が汎用
的かつ一般的であったが、近年、Ａｌを含有させ耐摩耗
性、耐酸化性を向上させる研究がなされ、特公平４−５
３６４２号、特公平５−６７７０５号のように、Ａｌの
添加効果を認める事例も種々存在する。しかしながら、
これらの事例は皮膜にＡｌを添加することにより、皮膜
の耐酸化性、耐摩耗性といった皮膜そのものの改善が行
われたにすぎない。
的かつ一般的であったが、近年、Ａｌを含有させ耐摩耗
性、耐酸化性を向上させる研究がなされ、特公平４−５
３６４２号、特公平５−６７７０５号のように、Ａｌの
添加効果を認める事例も種々存在する。しかしながら、
これらの事例は皮膜にＡｌを添加することにより、皮膜
の耐酸化性、耐摩耗性といった皮膜そのものの改善が行
われたにすぎない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】最近では、切削を高能
率化する傾向が強く、切削速度ならびに切削送りは増加
する傾向にある。このような場合工具寿命を支配する因
子としては、皮膜の耐摩耗性、耐酸化性よりも皮膜の密
着性が極めて重要なものとなる。前記Ａｌを添加した皮
膜は一般に残留圧縮応力が高くその結果、皮膜の密着性
が十分満足されるものでなく、この様な高能率な切削加
工においては、しばしば皮膜が剥離し工具の寿命、信頼
性を損なう結果となっている。従って、この様な高能率
切削においても、長寿命でかつ安定した切削を実現する
ためには、皮膜の密着性をさらに高める必要がある。一
方、密着性を向上させるために、密着性を劣化させる根
本原因である皮膜の残留圧縮応力そのものを低減させる
研究もなされてはいるが、いまだ十分な効果をみるに至
っていないのが現状である。
率化する傾向が強く、切削速度ならびに切削送りは増加
する傾向にある。このような場合工具寿命を支配する因
子としては、皮膜の耐摩耗性、耐酸化性よりも皮膜の密
着性が極めて重要なものとなる。前記Ａｌを添加した皮
膜は一般に残留圧縮応力が高くその結果、皮膜の密着性
が十分満足されるものでなく、この様な高能率な切削加
工においては、しばしば皮膜が剥離し工具の寿命、信頼
性を損なう結果となっている。従って、この様な高能率
切削においても、長寿命でかつ安定した切削を実現する
ためには、皮膜の密着性をさらに高める必要がある。一
方、密着性を向上させるために、密着性を劣化させる根
本原因である皮膜の残留圧縮応力そのものを低減させる
研究もなされてはいるが、いまだ十分な効果をみるに至
っていないのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、皮膜の密
着性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、Ａｌを含有す
る高い圧縮応力を有する皮膜、例えば、ＴｉとＡｌの窒
化物、炭窒化物、炭窒酸化物、窒硼化物、炭窒硼化物の
一種以上からなる皮膜（「第一の硬質層」）の下に、比
較的に軟らかい皮膜（「第二の硬質層」）を介在させる
ことにより、Ａｌを含有する皮膜の高い圧縮応力は吸収
緩和され、その結果、皮膜の密着性を著しく改善できる
知見を得るに至った。このことは、皮膜に高い圧縮応力
が存在する場合には、皮膜と基体硬質合金の界面にこの
圧縮応力に起因する高い剪断応力が作用し、この剪断応
力が皮膜の密着性を損なう要因であり、これを緩和、も
しくは除去することが皮膜の密着性を向上させることを
示唆するものである。つまり、高い圧縮応力を有する皮
膜と基体硬質合金の間に比較的軟らかい層を介在させる
ことにより、この比較的軟らかい皮膜が高い圧縮応力に
起因して界面に発生する剪断応力を吸収、緩和したもの
と考えられる。
着性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、Ａｌを含有す
る高い圧縮応力を有する皮膜、例えば、ＴｉとＡｌの窒
化物、炭窒化物、炭窒酸化物、窒硼化物、炭窒硼化物の
一種以上からなる皮膜（「第一の硬質層」）の下に、比
較的に軟らかい皮膜（「第二の硬質層」）を介在させる
ことにより、Ａｌを含有する皮膜の高い圧縮応力は吸収
緩和され、その結果、皮膜の密着性を著しく改善できる
知見を得るに至った。このことは、皮膜に高い圧縮応力
が存在する場合には、皮膜と基体硬質合金の界面にこの
圧縮応力に起因する高い剪断応力が作用し、この剪断応
力が皮膜の密着性を損なう要因であり、これを緩和、も
しくは除去することが皮膜の密着性を向上させることを
示唆するものである。つまり、高い圧縮応力を有する皮
膜と基体硬質合金の間に比較的軟らかい層を介在させる
ことにより、この比較的軟らかい皮膜が高い圧縮応力に
起因して界面に発生する剪断応力を吸収、緩和したもの
と考えられる。
【０００５】さらに、本発明者らは、これらの皮膜の下
により軟らかい金属層を介在させることにより剪断応力
をよりいっそう緩和させることができる結果を得るに至
った。このことはより吸収エネルギーが高く、またヤン
グ率も低く転位が移動しやすい金属層が歪みエネルギー
を吸収するのにより効果的であることに基ずく。以上の
結果、一刃あたりの送り量が０．４ｍｍを越えるような
重断続切削においても、皮膜の剥離は抑制され、安定し
た切削加工の実現が可能となった。
により軟らかい金属層を介在させることにより剪断応力
をよりいっそう緩和させることができる結果を得るに至
った。このことはより吸収エネルギーが高く、またヤン
グ率も低く転位が移動しやすい金属層が歪みエネルギー
を吸収するのにより効果的であることに基ずく。以上の
結果、一刃あたりの送り量が０．４ｍｍを越えるような
重断続切削においても、皮膜の剥離は抑制され、安定し
た切削加工の実現が可能となった。
【０００６】また、介在させる皮膜に要求される条件は
軟らかいことだけではなく結晶粒は比較的粗いほうがよ
り応力緩和に好ましく、また面粗さは良いほうが密着性
そのものの向上に好ましい結果となることが明らかとな
った。これらの条件を満たす最適な皮膜（「第二の硬質
層」）の一つがＺｒＮ、ＺｒＢＮ等であった。また、硼
素（Ｂ）の添加により面粗さが著しく改善され皮膜全体
の密着性向上にたいしより好ましい結果をもたらすこと
が確認された。また、従来ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ等
を介在させる例もみられるが、本発明者らの研究によれ
ばＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣはまず形成される皮膜の面
粗さが粗くかつ結晶粒も微細で剪断応力の吸収、緩和に
あまり効果的ではなく、ＺｒＮ、ＺｒＢＮ等に較べると
皮膜の密着性の改善効果は著しく低い結果であった。
軟らかいことだけではなく結晶粒は比較的粗いほうがよ
り応力緩和に好ましく、また面粗さは良いほうが密着性
そのものの向上に好ましい結果となることが明らかとな
った。これらの条件を満たす最適な皮膜（「第二の硬質
層」）の一つがＺｒＮ、ＺｒＢＮ等であった。また、硼
素（Ｂ）の添加により面粗さが著しく改善され皮膜全体
の密着性向上にたいしより好ましい結果をもたらすこと
が確認された。また、従来ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ等
を介在させる例もみられるが、本発明者らの研究によれ
ばＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣはまず形成される皮膜の面
粗さが粗くかつ結晶粒も微細で剪断応力の吸収、緩和に
あまり効果的ではなく、ＺｒＮ、ＺｒＢＮ等に較べると
皮膜の密着性の改善効果は著しく低い結果であった。
【０００７】次に数値を限定した理由を述べる。介在さ
せるＺｒの窒化物層、炭窒化物層、窒硼化物層、炭窒硼
化物層（「第二の硬質層」）の厚さは０．０５μｍ以下
であると応力緩和つまり皮膜の密着性の改善に効果がな
く、５μｍを越えるとＡｌを含む皮膜全体の耐摩耗性を
損なうため０．０５μｍから５μｍとした。また、介在
させるＺｒ金属層の厚さは５ｎｍ以下では同様に応力緩
和つまり皮膜の密着性の改善に効果がなく、５００ｎｍ
を越えると切削中にこの金属層内において、塑性変形が
発生して反対に皮膜の密着性を損なう結果となるため、
５ｎｍから５００ｎｍとした。
せるＺｒの窒化物層、炭窒化物層、窒硼化物層、炭窒硼
化物層（「第二の硬質層」）の厚さは０．０５μｍ以下
であると応力緩和つまり皮膜の密着性の改善に効果がな
く、５μｍを越えるとＡｌを含む皮膜全体の耐摩耗性を
損なうため０．０５μｍから５μｍとした。また、介在
させるＺｒ金属層の厚さは５ｎｍ以下では同様に応力緩
和つまり皮膜の密着性の改善に効果がなく、５００ｎｍ
を越えると切削中にこの金属層内において、塑性変形が
発生して反対に皮膜の密着性を損なう結果となるため、
５ｎｍから５００ｎｍとした。
【０００８】
実施例１ 小型アークイオンプレーティング装置を用い表１に示す
条件において本発明例、比較例のコーティングを行いコ
ーティッド超硬エンドミルを試作した。硼素はターゲッ
ト金属の中に添加して、この硼素を添加したターゲット
金属を皮膜に添加した。また炭素はアセチレンガスを用
い添加した。ＴｉＡｌＮの膜厚は２．０μｍとした。
条件において本発明例、比較例のコーティングを行いコ
ーティッド超硬エンドミルを試作した。硼素はターゲッ
ト金属の中に添加して、この硼素を添加したターゲット
金属を皮膜に添加した。また炭素はアセチレンガスを用
い添加した。ＴｉＡｌＮの膜厚は２．０μｍとした。
【０００９】
【表１】
【００１０】得られたエンドミルで、以下の切削条件に
て切削テストを行った。 エンドミル φ８ｍｍ ６枚刃 被削材 ＳＫＤ１１ ＨＲＣ６０ 切削速度 ４０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．０５ｍｍ／刃 切り込み １２ｍｍ ｘ ０．８ｍｍ 切削 乾式（ｄｒｙ）切削 剥離が発生するまで切削を行った。逃げ面もしくはすく
い面に幅で０．０５ｍｍ以上の皮膜剥離が発生した時点
の切削長を表１に併記した。
て切削テストを行った。 エンドミル φ８ｍｍ ６枚刃 被削材 ＳＫＤ１１ ＨＲＣ６０ 切削速度 ４０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．０５ｍｍ／刃 切り込み １２ｍｍ ｘ ０．８ｍｍ 切削 乾式（ｄｒｙ）切削 剥離が発生するまで切削を行った。逃げ面もしくはすく
い面に幅で０．０５ｍｍ以上の皮膜剥離が発生した時点
の切削長を表１に併記した。
【００１１】表１より明らかなように、ＺｒＮもしくは
ＺｒＢＮ等を介在させたエンドミルは皮膜の密着性が良
好でＨｒＣ６０の極めて硬い鋼の切削においても安定な
切削を実現するものである。
ＺｒＢＮ等を介在させたエンドミルは皮膜の密着性が良
好でＨｒＣ６０の極めて硬い鋼の切削においても安定な
切削を実現するものである。
【００１２】実施例２ 表２に示すコーティング条件でＪＩＳＰ４０相当の超硬
インサートに本発明例と（但し、ＴｉＡｌＮの皮膜の厚
さは３．０μｍ一定とした。）、比較例のコーティング
を行い次の切削条件にてフライス切削を行い皮膜が剥離
するまでの切削長を求めた。その結果を表２に併記す
る。 インサート ＪＩＳ Ｐ４０相当 ＳＥＥ４２ＴＮ 被削材 ＳＫＤ６１ ＨＲＣ４２ 切削速度 １６０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．１ｍｍ／刃 切り込み ２ｍｍ 切削 乾式（ｄｒｙ）切削
インサートに本発明例と（但し、ＴｉＡｌＮの皮膜の厚
さは３．０μｍ一定とした。）、比較例のコーティング
を行い次の切削条件にてフライス切削を行い皮膜が剥離
するまでの切削長を求めた。その結果を表２に併記す
る。 インサート ＪＩＳ Ｐ４０相当 ＳＥＥ４２ＴＮ 被削材 ＳＫＤ６１ ＨＲＣ４２ 切削速度 １６０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．１ｍｍ／刃 切り込み ２ｍｍ 切削 乾式（ｄｒｙ）切削
【００１３】
【表２】
【００１４】表２より明らかなように、ＺｒＮもしくは
ＺｒＢＮ等を介在させたインサートは皮膜の密着性が良
好で、ＨｒＣ４２位の高硬度の鋼のミーリング加工にお
いても極めて安定した切削を実現するものである。この
切削例では、皮膜に剥離が発生すると、インサートはす
ぐに欠損に至るため、寿命差が極端に現れている。
ＺｒＢＮ等を介在させたインサートは皮膜の密着性が良
好で、ＨｒＣ４２位の高硬度の鋼のミーリング加工にお
いても極めて安定した切削を実現するものである。この
切削例では、皮膜に剥離が発生すると、インサートはす
ぐに欠損に至るため、寿命差が極端に現れている。
【００１５】実施例 ３ 表３に示すコーティング条件にてＪＩＳＰ４０相当の超
硬合金に本発明例、並びに比較例に示すコーティングを
行い、前記同様の切削評価を行った。本実施例において
も、ＴｉＡｌＮの膜厚は３．０μｍとした。また、Ｚｒ
金属のコーティングにおいては、窒素ガスの導入を止め
て行った。表３には、皮膜に剥離が発生し、欠損に至る
寿命までの切削長を併記した。
硬合金に本発明例、並びに比較例に示すコーティングを
行い、前記同様の切削評価を行った。本実施例において
も、ＴｉＡｌＮの膜厚は３．０μｍとした。また、Ｚｒ
金属のコーティングにおいては、窒素ガスの導入を止め
て行った。表３には、皮膜に剥離が発生し、欠損に至る
寿命までの切削長を併記した。
【００１６】
【表３】
【００１７】表３より、Ｚｒ金属を介在させることによ
り、いっそうの寿命の向上が認められることが明らかで
ある。
り、いっそうの寿命の向上が認められることが明らかで
ある。
【００１８】
【発明の効果】本発明により、高能率切削においても、
長寿命でかつ安定した切削を実現することが可能となっ
た。特に、残留圧縮応力の低減により膜が剥離したり、
チッピングが減少したため、正常な摩耗が得られたこと
による。
長寿命でかつ安定した切削を実現することが可能となっ
た。特に、残留圧縮応力の低減により膜が剥離したり、
チッピングが減少したため、正常な摩耗が得られたこと
による。
フロントページの続き (72)発明者 島 順彦 千葉県成田市新泉13番地の２ 日立ツール 株式会社 成田工場内
Claims (3)
- 【請求項１】 ＴｉとＡｌの窒化物、炭窒化物、炭窒酸
化物、窒硼化物、炭窒硼化物の一種以上からなる第一の
硬質層を基体硬質合金に被覆した被覆硬質合金におい
て、前記第一の硬質層と前記基体硬質合金との間にＺｒ
の窒化物、炭窒化物、窒硼化物、炭窒硼化物より選ばれ
た少なくとも一種の第二の硬質層を介在させたことを特
徴とする被覆硬質合金。 - 【請求項２】 請求項１記載の被覆硬質合金において、
前記第二の硬質層の層厚が０．０５μｍから５μｍであ
ることを特徴とする被覆硬質合金。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の被覆硬質合金にお
いて、前記基体硬質合金と前記第二の硬質層との間に、
層厚で５ｎｍから５００ｎｍのＺｒ金属層を介在させた
ことを特徴とする被覆硬質合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34675696A JPH10176289A (ja) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | 被覆硬質合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34675696A JPH10176289A (ja) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | 被覆硬質合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10176289A true JPH10176289A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=18385609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34675696A Pending JPH10176289A (ja) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | 被覆硬質合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10176289A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002331406A (ja) * | 2001-05-11 | 2002-11-19 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 耐摩耗皮膜被覆工具 |
| US6492011B1 (en) | 1998-09-02 | 2002-12-10 | Unaxis Trading Ag | Wear-resistant workpiece and method for producing same |
| WO2004055235A1 (de) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Walter Ag | CVD-BESCHICHTUNGSVERFAHREN FÜR ZRBxCyNz-SCHICHTEN (x+y+z=1) SOWIE BESCHICHTETES SCHNEIDWERKZEUG |
| JP2007191765A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜 |
| JP2012233260A (ja) * | 2012-07-03 | 2012-11-29 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜 |
| JP6641611B1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-02-05 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
| JP6641610B1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-02-05 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
| WO2020075356A1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-04-16 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
| WO2020075355A1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-04-16 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-12-10 JP JP34675696A patent/JPH10176289A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6492011B1 (en) | 1998-09-02 | 2002-12-10 | Unaxis Trading Ag | Wear-resistant workpiece and method for producing same |
| JP2002331406A (ja) * | 2001-05-11 | 2002-11-19 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 耐摩耗皮膜被覆工具 |
| WO2004055235A1 (de) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Walter Ag | CVD-BESCHICHTUNGSVERFAHREN FÜR ZRBxCyNz-SCHICHTEN (x+y+z=1) SOWIE BESCHICHTETES SCHNEIDWERKZEUG |
| JP2007191765A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜 |
| JP2012233260A (ja) * | 2012-07-03 | 2012-11-29 | Kobe Steel Ltd | 硬質皮膜 |
| JP6641611B1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-02-05 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
| JP6641610B1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-02-05 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
| WO2020075356A1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-04-16 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
| WO2020075355A1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-04-16 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具及びその製造方法 |
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