JPH1086002A - 耐熱衝撃性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐熱衝撃性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具Info
- Publication number
- JPH1086002A JPH1086002A JP24630896A JP24630896A JPH1086002A JP H1086002 A JPH1086002 A JP H1086002A JP 24630896 A JP24630896 A JP 24630896A JP 24630896 A JP24630896 A JP 24630896A JP H1086002 A JPH1086002 A JP H1086002A
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- JP
- Japan
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- layer
- cemented carbide
- cutting tool
- thermal shock
- shock resistance
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱衝撃性にすぐれた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 Ｏ
3 層を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、Ｔ
ｉＣＮ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 Ｏ3 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Ａｌ2 Ｏ3
層の上方部を、０．１〜１μｍの平均層厚で、Ａｌ2 Ｏ
3 の加熱窒化により形成されたＡｌＯＮ層で構成する。
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 Ｏ
3 層を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、Ｔ
ｉＣＮ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 Ｏ3 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Ａｌ2 Ｏ3
層の上方部を、０．１〜１μｍの平均層厚で、Ａｌ2 Ｏ
3 の加熱窒化により形成されたＡｌＯＮ層で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、硬質被覆層を構
成する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）層
がすぐれた耐熱衝撃性を有し、したがって特に切削開始
直後の熱衝撃負荷が著しい、例えば鋼や鋳鉄のフライス
切削に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。
成する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）層
がすぐれた耐熱衝撃性を有し、したがって特に切削開始
直後の熱衝撃負荷が著しい、例えば鋼や鋳鉄のフライス
切削に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、Ａｌ2 Ｏ
3 層を含む硬質被覆層、例えばＴｉの炭化物（以下、Ｔ
ｉＣ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、炭酸化物
（以下、ＴｉＣＯで示す）層、窒酸化物（以下、ＴｉＮ
Ｏ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、Ａｌ2 Ｏ3 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。
合金基体（以下、超硬基体という）の表面に、Ａｌ2 Ｏ
3 層を含む硬質被覆層、例えばＴｉの炭化物（以下、Ｔ
ｉＣ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、炭酸化物
（以下、ＴｉＣＯで示す）層、窒酸化物（以下、ＴｉＮ
Ｏ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、Ａｌ2 Ｏ3 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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のＦＡ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、切削工具には汎用性が求められる傾向
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Ａｌ2 Ｏ3 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、相
対的に耐熱衝撃性の低いものであるために、特に切削開
始直後の熱衝撃負荷が著しい、例えば鋼や鋳鉄のフライ
ス切削に用いた場合に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。
のＦＡ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、切削工具には汎用性が求められる傾向
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Ａｌ2 Ｏ3 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、相
対的に耐熱衝撃性の低いものであるために、特に切削開
始直後の熱衝撃負荷が著しい、例えば鋼や鋳鉄のフライ
ス切削に用いた場合に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Ａｌ2 Ｏ3 層に着目し、これの耐熱衝撃性向上を
図るべく研究を行った結果、上記Ａｌ2 Ｏ3 層に、窒化
雰囲気、例えばアンモニアと水素の混合ガス雰囲気中、
雰囲気温度：９００〜１１００℃、雰囲気圧力：１０〜
３００ｔｏｒｒの条件で所定時間窒化処理を施すと、前
記Ａｌ2 Ｏ3 層には、酸窒化アルミニウム（以下、Ａｌ
ＯＮで示す）層が形成されるようになり、この結果の硬
質被覆層の中に、上方部が平均層厚：０．１〜１μｍの
ＡｌＯＮ層で構成されたＡｌ2 Ｏ 3 層の存在する被覆超
硬工具は、鋼や鋳鉄などのフライス切削に用いた場合に
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。
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Ａｌ2 Ｏ3 層に着目し、これの耐熱衝撃性向上を
図るべく研究を行った結果、上記Ａｌ2 Ｏ3 層に、窒化
雰囲気、例えばアンモニアと水素の混合ガス雰囲気中、
雰囲気温度：９００〜１１００℃、雰囲気圧力：１０〜
３００ｔｏｒｒの条件で所定時間窒化処理を施すと、前
記Ａｌ2 Ｏ3 層には、酸窒化アルミニウム（以下、Ａｌ
ＯＮで示す）層が形成されるようになり、この結果の硬
質被覆層の中に、上方部が平均層厚：０．１〜１μｍの
ＡｌＯＮ層で構成されたＡｌ2 Ｏ 3 層の存在する被覆超
硬工具は、鋼や鋳鉄などのフライス切削に用いた場合に
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、Ａｌ2 Ｏ3 層
を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣ
Ｎ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、Ａ
ｌ2 Ｏ3 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Ａ
ｌ2 Ｏ3 層の上方部を、０．１〜１μｍの平均層厚で、
Ａｌ2 Ｏ3 の加熱窒化により形成されたＡｌＯＮ層で構
成してなる、耐熱衝撃性にすぐれた被覆超硬工具に特徴
を有するものである。
されたものであって、超硬基体の表面に、Ａｌ2 Ｏ3 層
を含む硬質被覆層、例えばＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣ
Ｎ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、Ａ
ｌ2 Ｏ3 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Ａ
ｌ2 Ｏ3 層の上方部を、０．１〜１μｍの平均層厚で、
Ａｌ2 Ｏ3 の加熱窒化により形成されたＡｌＯＮ層で構
成してなる、耐熱衝撃性にすぐれた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、
Ａｌ2 Ｏ3 層の上方部を構成するＡｌＯＮ層の平均層厚
を０．１〜１μｍとしたのは、その層厚が０．１μｍ未
満では、Ａｌ2 Ｏ3 層に所望のすぐれた耐熱衝撃性を確
保することができず、一方その層厚が１μｍを越える
と、高温耐摩耗性が低下するようになるという理由によ
るものである。また、硬質被覆層の平均層厚を２〜２０
μｍとしたのは、その層厚が２μｍ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２０
μｍ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。
Ａｌ2 Ｏ3 層の上方部を構成するＡｌＯＮ層の平均層厚
を０．１〜１μｍとしたのは、その層厚が０．１μｍ未
満では、Ａｌ2 Ｏ3 層に所望のすぐれた耐熱衝撃性を確
保することができず、一方その層厚が１μｍを越える
と、高温耐摩耗性が低下するようになるという理由によ
るものである。また、硬質被覆層の平均層厚を２〜２０
μｍとしたのは、その層厚が２μｍ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２０
μｍ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：２μｍのＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，
Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７
０）粉末、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同２μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉
末、および同１．５μｍ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・ＳＮＭＡ
１２０４０８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。
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：２μｍのＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，
Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７
０）粉末、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、同２μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉
末、および同１．５μｍ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・ＳＮＭＡ
１２０４０８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（表中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０
号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつものであ
り、また同ｐ−ＴｉＣＮは通常の粒状結晶組織をもつも
のである）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 Ｏ3 層を
形成し、前記Ａｌ2 Ｏ3 層形成後には、必ずこれに５０
ｔｏｒｒに調整したＮＨ3 ：３ｌ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ：３ｌ
／ｍｉｎの気流中、温度：９８０℃に所定時間保持の条
件で窒化処理を施して表３、４に示される平均層厚のＡ
ｌＯＮ層を前記Ａｌ2 Ｏ3 層の上方部に形成することに
より本発明被覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製造し、ま
た、比較の目的で、Ａｌ2 Ｏ3 層に対する前記窒化処理
を行わない以外は同一の条件で従来被覆超硬工具１〜１
０をそれぞれ製造した。
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（表中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０
号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつものであ
り、また同ｐ−ＴｉＣＮは通常の粒状結晶組織をもつも
のである）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 Ｏ3 層を
形成し、前記Ａｌ2 Ｏ3 層形成後には、必ずこれに５０
ｔｏｒｒに調整したＮＨ3 ：３ｌ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ：３ｌ
／ｍｉｎの気流中、温度：９８０℃に所定時間保持の条
件で窒化処理を施して表３、４に示される平均層厚のＡ
ｌＯＮ層を前記Ａｌ2 Ｏ3 層の上方部に形成することに
より本発明被覆超硬工具１〜１０をそれぞれ製造し、ま
た、比較の目的で、Ａｌ2 Ｏ3 層に対する前記窒化処理
を行わない以外は同一の条件で従来被覆超硬工具１〜１
０をそれぞれ製造した。
【０００９】つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜１０
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＦＣ３００（硬さ：ＨB １８０）の角材、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／刃、 切削時間：１５分、 の条件での鋳鉄の湿式フライス切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２００）の
角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．２５ｍｍ／刃、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の湿式フライス切削試験を行い、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。
および従来被覆超硬工具１〜１０について、 被削材：ＦＣ３００（硬さ：ＨB １８０）の角材、 切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／刃、 切削時間：１５分、 の条件での鋳鉄の湿式フライス切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨB ２００）の
角材、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切込み：２ｍｍ．、 送り：０．２５ｍｍ／刃、 切削時間：１５分、 の条件での合金鋼の湿式フライス切削試験を行い、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
層中におけるＡｌ2 Ｏ3 層の上方部がＡｌＯＮ層で構成
された本発明被覆超硬工具１〜１０は、これの存在しな
い従来被覆超硬工具１〜１０に比して、前記Ａｌ2 Ｏ3
層がすぐれた耐熱衝撃性をもつようになることから、特
に切削開始直後に著しい熱衝撃のかかるフライス切削で
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〜
１０においては、Ａｌ2 Ｏ3 層が十分な耐熱衝撃性をも
つものでないために切刃にチッピングの発生は避けられ
ず、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、これの硬質被覆層を構成するＡｌ 2 Ｏ3 層がすぐれ
た耐熱衝撃性を有するので、鋼や鋳鉄などの連続切削や
断続切削は勿論のこと、特に切削開始直後に熱衝撃負荷
の大きいフライス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、したがって切削加工の汎用化に十分に対
応でき、かつ省力化にも寄与するものである。
層中におけるＡｌ2 Ｏ3 層の上方部がＡｌＯＮ層で構成
された本発明被覆超硬工具１〜１０は、これの存在しな
い従来被覆超硬工具１〜１０に比して、前記Ａｌ2 Ｏ3
層がすぐれた耐熱衝撃性をもつようになることから、特
に切削開始直後に著しい熱衝撃のかかるフライス切削で
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〜
１０においては、Ａｌ2 Ｏ3 層が十分な耐熱衝撃性をも
つものでないために切刃にチッピングの発生は避けられ
ず、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、これの硬質被覆層を構成するＡｌ 2 Ｏ3 層がすぐれ
た耐熱衝撃性を有するので、鋼や鋳鉄などの連続切削や
断続切削は勿論のこと、特に切削開始直後に熱衝撃負荷
の大きいフライス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、したがって切削加工の汎用化に十分に対
応でき、かつ省力化にも寄与するものである。
Claims (2)
- 【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、 前記酸化アルミニウム層の上方部を、０．１〜１μｍの
平均層厚で、酸化アルミニウムの加熱窒化により形成さ
れた酸窒化アルミニウム層で構成したことを特徴とする
耐熱衝撃性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。 - 【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、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２〜２０μｍ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、 前記酸化アルミニウム層の上方部を、０．１〜１μｍの
平均層厚で、酸化アルミニウムの加熱窒化により形成さ
れた酸窒化アルミニウム層で構成したことを特徴とする
耐熱衝撃性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24630896A JPH1086002A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 耐熱衝撃性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24630896A JPH1086002A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 耐熱衝撃性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1086002A true JPH1086002A (ja) | 1998-04-07 |
Family
ID=17146628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24630896A Withdrawn JPH1086002A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 耐熱衝撃性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1086002A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077913A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Tokyo Electron Ltd | 被処理体の窒化方法及び半導体素子 |
| AT510981B1 (de) * | 2011-03-18 | 2012-08-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Beschichteter körper, verwendung desselben und verfahren zu dessen herstellung |
-
1996
- 1996-09-18 JP JP24630896A patent/JPH1086002A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077913A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Tokyo Electron Ltd | 被処理体の窒化方法及び半導体素子 |
| JP4506056B2 (ja) * | 2001-08-31 | 2010-07-21 | 東京エレクトロン株式会社 | 被処理体の窒化方法及び半導体素子 |
| AT510981B1 (de) * | 2011-03-18 | 2012-08-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Beschichteter körper, verwendung desselben und verfahren zu dessen herstellung |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031202 |