JPH1076405A - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具

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JPH1076405A
JPH1076405A JP23187796A JP23187796A JPH1076405A JP H1076405 A JPH1076405 A JP H1076405A JP 23187796 A JP23187796 A JP 23187796A JP 23187796 A JP23187796 A JP 23187796A JP H1076405 A JPH1076405 A JP H1076405A
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JP
Japan
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layer
cemented carbide
cutting
hard coating
aluminum oxide
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Application number
JP23187796A
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English (en)
Inventor
Akira Osada
晃 長田
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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チッピング性を有す
る表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 WC基超硬合金基体の表面に、Al2
3 層を含む硬質被覆層、例えばTiC層、TiN層、T
iCN層、TiO2 層、TiCO層、TiNO層、およ
びTiCNO層からなるTi化合物層のうちの1種また
は2種以上と、Al2 3 層で構成した硬質被覆層を2
〜20μmの平均層厚で化学蒸着および/または物理蒸
着してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、前記
硬質被覆層を構成するAl23 層を、Al23 の主
体がα型結晶構造を有し、かつ柱状結晶粒が縦方向に並
列配置した結晶組織を有するAl2 3 層で構成してな
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
ぐれた耐チッピング性を有し、したがって例えば鋼や鋳
鉄の高速切削や、高速で、かつ高送りおよび高切込みな
どの重切削などの苛酷な条件で用いた場合にも切刃にチ
ッピング(微小欠け)の発生なく、長期に亘ってすぐれ
た切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具(以
下、被覆超硬工具と云う)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、炭化タングステン基超硬
合金基体(以下、超硬基体という)の表面に、酸化アル
ミニウム(以下、Al23 で示す)層を含む硬質被覆
層、例えばTiの炭化物(以下、TiCで示す)層、窒
化物(以下、同じくTiNで示す)層、炭窒化物(以
下、TiCNで示す)層、酸化物(以下、TiO2 で示
す)層、炭酸化物(以下、TiCOで示す)層、窒酸化
物(以下、TiNOで示す)層、および炭窒酸化物(以
下、TiCNOで示す)層からなるTi化合物層のうち
の1種または2種以上と、Al23 層とで構成された
硬質被覆層を2〜20μmの平均層厚で化学蒸着および
/または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られてお
り、またこの被覆超硬工具が鋼や鋳鉄などの連続切削や
断続切削に用いられていることも知られている。さら
に、上記硬質被覆層を構成するAl23 層が、結晶構
造の主体がα型やκ型、あるいはα型とκ型の混合から
なり、かつ粒状結晶組織をもつことも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削装置
の高性能化および高出力化はめざましく、かつ省力化に
対する要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化並び
に高送りおよび高切込みなどの重切削化の傾向にある
が、上記の従来被覆超硬工具においては、これを構成す
る硬質被覆層のうち、特にAl23 層は耐酸化性と熱
的安定性にすぐれ、さらに高硬度を有するが、他の構成
層であるTi化合物層に比して相対的に強度が低く、か
つ脆いことが原因で、例えば鋼や鋳鉄の高速切削や高速
高送り切削などの苛酷な条件での切削では切刃にチッピ
ングが発生し易く、これが原因で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、被覆超硬工具の硬質被覆層を構
成するAl23 層に着目し、これの強度および靭性向
上を図るべく研究を行った結果、一般に、上記の従来被
覆超硬工具の硬質被覆層を構成するα型結晶構造を主体
とし、かつ粒状結晶組織を有するAl23 層(以下、
粒状Al23層と云う)は、 (a)反応ガス組成 容量%で、AlCl3 :1〜20%、CO2 :0.5〜
30%、必要に応じてHCl:1〜20%及び/又はH
2 S:0.05〜5%、H2 :残り、 (b)反応温度:950〜1050℃、 (c)反応圧力:30〜200torr、 の条件で形成されるが、上記条件での上記粒状Al2
3 層の形成に際して、予めAl23 層を形成しようと
する反応表面を、 (a)反応ガス組成 容量%で、HCl:1〜20%、H2 :残り、 (b)反応温度:1000〜1100℃、 (c)反応圧力:30〜200torr、 の条件で処理して上記反応表面にClを吸着させた状態
で、これに上記条件でA 23 層の形成を行うと、この
結果形成されたAl23 層は、Al23 の主体がα
型結晶構造を有することは勿論であるが、前記Clの触
媒作用で結晶粒が縦方向に成長して柱状となり、この柱
状結晶粒が並列配置した結晶組織(以下、柱状Al2
3 層と云う)をもつようになり、前記柱状Al23
は、上記粒状Al23 層に比して高強度および高靭性
をもつことから、これを望ましくは1〜10μmの平均
層厚で含む硬質被覆層はすぐれた耐チッピング性を有す
るようになり、したがって硬質被覆層のうちのAl2
3 層が前記柱状Al23 層で構成された被覆超硬工具
は、鋼や鋳鉄などの高速切削や高速高送り切削などの苛
酷な条件での切削にも切刃にチッピングの発生がなく、
すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するようになると
いう研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、Al23
を含む硬質被覆層、例えばTiC層、TiN層、TiC
N層、TiO2 層、TiCO層、TiNO層、およびT
iCNO層からなるTi化合物層のうちの1種または2
種以上と、Al2 3 層とで構成された硬質被覆層を2
〜20μmの平均層厚で形成してなる被覆超硬工具にお
いて、前記硬質被覆層を構成するAl23 層を、柱状
Al23 層、すなわちAl 23 の主体がα型結晶構
造を有し、かつ柱状結晶粒が縦方向に並列配置した結晶
組織を有するAl2 3 層で構成してなる、硬質被覆層
がすぐれた耐チッピング性を有する被覆超硬工具に特徴
を有するものである。
【0006】なお、この発明の被覆超硬工具において、
硬質被覆層を構成する柱状Al2 3 層の平均層厚は、
上記の通り1〜10μmであるのが望ましいが、これは
その層厚が1μm未満では所望のすぐれた耐チッピング
性を確保することができず、一方その層厚が10μmを
越えると結晶粒に粒状化傾向が現れるようになり、耐チ
ッピング性の低下は避けられないという理由によるもの
であり、また、硬質被覆層の平均層厚を2〜20μmと
したのは、その層厚が2μm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、一方その層厚が20μ
mを越えると、耐欠損性が低下するようになるという理
由からである。
【0007】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
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:1.5μmの細粒WC粉末、同5μmの粗粒
WC粉末、同1.2μmの(Ti,W)CN(重量比
で、以下同じ、TiC/TiN/WC=24/20/5
6)粉末、同1.3μmの(Ta,Nb)C(TaC/
NbC=90/10)粉末、同1μmのCr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・CNMG1204
08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することにより
超硬基体A〜Eをそれぞれ製造した。なお、表1には、
上記超硬基体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に示される条件にて、表3、4に示される組
成および平均層厚のTi化合物層およびAl2 3 層を
形成し、この場合柱状Al2 3 層の形成は、予めHC
l:3容量%、H2 :残り、からなる組成を有する反応
ガスを用い、雰囲気温度:1050℃、雰囲気圧力:5
0torr、保持時間:15分の条件で、すでに形成さ
れているTi化合物層の表面を処理して、その表面にC
lを吸着させた状態で行うことにより本発明被覆超硬工
具1〜12および従来被覆超硬工具1〜12をそれぞれ
製造した。
【0009】つぎに、上記本発明被覆超硬工具1〜12
および従来被覆超硬工具1〜12について、 被削材:FC300(硬さ:HB 180)の丸棒、 切削速度:380m/min.、 切込み:2mm、 送り:0.42mm/刃、 切削時間:15分、 の条件での鋳鉄の湿式連続高速高送り切削試験、並び
に、 被削材:JIS・SCM440(硬さ:HB 220)の
丸棒、 切削速度:330m/min.、 切込み:2mm.、 送り:0.42mm/刃、 切削時間:10分、 の条件での合金鋼の乾式連続高速高送り切削試験を行
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。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、硬質被覆
層におけるAl2 3 層が柱状Al23 層で構成され
た本発明被覆超硬工具1〜12は、これが粒状Al2
3 層で構成された従来被覆超硬工具1〜12に比して、
前記柱状Al2 3 層が前記粒状Al2 3 層に比して
高強度および高靭性をもつことから、苛酷な切削条件と
なる鋳鉄および鋼の高速高送り切削でも切刃にチッピン
グの発生なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮す
るのに対して、従来被覆超硬工具1〜12においては、
粒状Al2 3 層が原因で切刃にチッピングの発生は避
けられず、いずれもこれが原因で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
の被覆超硬工具は、これを構成する硬質被覆層が柱状A
2 3 層の存在によってすぐれた耐チッピング性を有
するので、鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断
続切削は勿論のこと、高速切削や高速高送りおよび高切
込み切削などの苛酷な条件での切削に用いた場合にも切
刃にチッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた切削
性能を発揮するものであり、したがって切削装置の高性
能化および高出力化に十分に対応でき、かつ省力化にも
寄与するものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
    に、酸化アルミニウム層を含む硬質被覆層を2〜20μ
    mの平均層厚で化学蒸着および/または物理蒸着してな
    る表面被覆超硬合金製切削工具において、 前記硬質被覆層を構成する酸化アルミニウム層を、酸化
    アルミニウムの主体がα型結晶構造を有し、かつ柱状結
    晶粒が縦方向に並列配置した結晶組織を有する酸化アル
    ミニウム層で構成したことを特徴とする硬質被覆層がす
    ぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削
    工具。
  2. 【請求項2】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
    に、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、酸化物
    層、炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層から
    なるTi化合物層のうちの1種または2種以上と、酸化
    アルミニウム層とで構成された硬質被覆層を2〜20μ
    mの平均層厚で化学蒸着および/または物理蒸着してな
    る表面被覆超硬合金製切削工具において、 前記硬質被覆層を構成する酸化アルミニウム層を、酸化
    アルミニウムの主体がα型結晶構造を有し、かつ柱状結
    晶粒が縦方向に並列配置した結晶組織を有する酸化アル
    ミニウム層で構成したことを特徴とする硬質被覆層がす
    ぐれた耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削
    工具。
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Cited By (4)

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Effective date: 20010313