JPH11302848A - 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイ切削チップ - Google Patents

耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイ切削チップ

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JPH11302848A
JPH11302848A JP10922998A JP10922998A JPH11302848A JP H11302848 A JPH11302848 A JP H11302848A JP 10922998 A JP10922998 A JP 10922998A JP 10922998 A JP10922998 A JP 10922998A JP H11302848 A JPH11302848 A JP H11302848A
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晃 長田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐欠損性のすぐれた表面被覆超硬合金製スロ
ーアウエイ切削チップを提供する。 【解決手段】 超硬基体の表面に、TiC層、TiN
層、TiCN層、TiCO層、TiNO層、およびTi
CNO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7〜
25μmの平均層厚で形成してなる表面被覆超硬合金製
スローアウエイ切削チップにおいて、すくい面と逃げ面
の交わる切刃稜線部を挟んだすくい面側と逃げ面側のそ
れぞれに、前記切刃稜線部に沿って、前記すくい面、逃
げ面、および切刃稜線部における上記硬質被覆層の厚さ
に比して相対的に厚さの薄い薄層帯域を5〜50μmの
幅で形成する。

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、特に硬質被覆層
を厚膜化した状態で、各種鋼を断続切削するに際して、
高速高送りや高速高切り込みなどの高速重切削条件で行
った場合にも、すぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆超
硬合金製スローアウエイ切削チップ(以下、被覆超硬チ
ップという)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、図2に切刃部が要部概略
縦断面図で例示される通り、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、いずれも粒
状結晶組織を有する、炭化チタン(以下、TiCで示
す)層、窒化チタン(以下、同じくTiNで示す)層、
炭窒化チタン(以下、TiCNで示す)層、炭酸化チタ
ン(以下、TiCOで示す)層、窒酸化チタン(以下、
TiNOで示す)層、および炭窒酸化チタン(以下、T
iCNOで示す)層のうちの1種または2種以上からな
るTi化合物層と、同じく粒状結晶組織を有する、α型
酸化アルミニウム(以下、α−Al23 で示す)層お
よび/またはκ型Al23 層とで構成された硬質被覆
層を1〜10μm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チップが知られており、また
この被覆超硬チップが、例えば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。ま
た、例えば特開平3−87369号公報および特開平6
−8008号公報などに記載されるように、上記被覆超
硬チップの硬質被覆層において、通常の化学蒸着装置を
用い、1000℃以上の高温で形成していた上記TiC
N層を、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを
使用して700〜950℃の中温温度域で化学蒸着を行
うことにより形成した縦長成長結晶組織を有するTiC
N層に代えることにより硬質被覆層の靭性向上を図り、
もって切刃部に欠けやチッピング(微小欠け)などが発
生するのを著しく抑制した被覆超硬チップも知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削機械
の高性能化および高出力化はめざましく、かつ省力化お
よび省エネ化に対する要求も強く、これに伴い、切削加
工は高速化すると共に、高送りや高切り込みなど重切削
化し、一方硬質被覆層は使用寿命の延命化から厚膜化の
傾向にあるが、上記の従来被覆超硬チップにおいては、
これを特に硬質被覆層を平均層厚で7〜25μm程度ま
で厚膜化した状態で、各種鋼の断続切削を、高速高送り
や高速高切り込みなどの高速重切削条件で行なう切削に
用いると、切刃に欠けやチッピングなどの欠損が発生し
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、耐欠損性のすぐれた被覆超硬チ
ップを開発すべく研究を行った結果、 (a)上記の従来被覆超硬チップにおいては、超硬基体
表面への硬質被覆層の形成が高温反応ガスの蒸着により
行われるものであるため、超硬基体表面上に蒸着された
硬質被覆層には構成層ごとに形成条件によって引張応力
や圧縮応力が残留するようになり、この残留応力は硬質
被覆層が厚膜化するほど大きく、この結果前記硬質被覆
層には大きな残留応力が存在するようになるが、この硬
質被覆層に存在する大きな残留応力が、特に各種鋼の断
続切削を高速重切削条件で行った場合に切刃部に欠けや
チッピングなどの欠損を発生させる原因となること。 (b)上記従来被覆超硬チップにおいて、図1に要部概
略縦断面図で示される通り、切刃部におけるすくい面と
逃げ面の交わる切刃稜線部を挟んだすくい面側と逃げ面
側のそれぞれに、前記切刃稜線部に沿って、前記すくい
面、逃げ面、および切刃稜線部における上記硬質被覆層
の厚さに比して相対的に厚さの薄い薄層帯域を5〜50
μmの幅で形成すると、この切刃稜線部を挟んで形成し
た2本の薄層帯域によって前記硬質被覆層に存在する残
留応力が著しく低減されるようになり、したがってこの
結果の被覆超硬チップは、硬質被覆層の厚さを平均層厚
で7〜25μm程度まで厚膜化した状態でも、通常の条
件での鋼や鋳鉄などの連続切削および断続切削は勿論の
こと、苛酷な切削条件となる各種鋼の断続切削を高速重
切削条件で行った場合にも切刃部に欠けやチッピングな
どの欠損の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って
発揮するようになること。以上(a)および(b)に示
される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、TiC層、T
iN層、TiCN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 層とで構成された硬質被覆層を
7〜25μmの平均層厚で形成してなる被覆超硬チップ
において、すくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部を挟ん
だすくい面側と逃げ面側のそれぞれに、前記切刃稜線部
に沿って、前記すくい面、逃げ面、および切刃稜線部に
おける上記硬質被覆層の厚さに比して相対的に厚さの薄
い薄層帯域を5〜50μmの幅で形成することにより、
耐欠損性の著しい向上を図った被覆超硬チップに特徴を
有するものである。
【0006】つぎに、この発明の被覆超硬チップにおい
て、薄層帯域の幅は経験的に定めたものであって、その
幅が5μmでは硬質被覆層のもつ残留応力の低減効果が
不十分であり、苛酷な切削条件である断続高速重切削条
件では切刃部に欠けやチッピングが発生するのを避ける
ことができず、一方その幅が50μmを越えると、耐摩
耗性が急激に低下するようになるという理由で、その幅
を5〜50μmとしたのである。
【0007】(g)硬質被覆層の全体平均層厚 その層厚が7μmでは所望のすぐれた耐摩耗性を長期に
亘って確保することができず、一方その層厚が25μm
を越えると、切刃に欠けやチッピングが発生し易くなる
ことから、その全体平均層厚を7〜25μmと定めた。
【0008】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬チッ
プ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を有する細粒WC粉末、同3μm
の中粒WC粉末、同1.2μmの(Ti,W)CN(重
量比で、以下同じ、TiC/TiN/WC=24/20
/56)粉末、同1.2μmのZrC粉末、同1.3μ
m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、所定の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
ISO・CNMG120412に即した形状の超硬基体
A〜Eをそれぞれ製造した。さらに、上記超硬基体Eに
対して、100TorrのCH4 ガス雰囲気中、温度:
1400℃に1時間保持後、徐冷の滲炭処理を施し、処
理後、超硬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
の位置で最大Co含有量:17.2重量%、深さ:35
μmのCo富化帯域を基体表面部に形成した。また、い
ずれも焼結したままで、上記超硬基体Cには、表面部に
表面から20μmの位置で最大Co含有量:9.7重量
%、深さ:28μmのCo富化帯域、超硬基体Dには、
表面部に表面から18μmの位置で最大Co含有量:1
1.2重量%、深さ:25μmのCo富化帯域がそれぞ
れ形成されており、残りの超硬基体AおよびBには、前
記Co富化帯域の形成がなく、全体的に均質な組織をも
つものであった。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。
【0009】ついで、これらの超硬基体A〜Eの表面
に、ホーニング加工を施した状態で、通常の化学蒸着装
置を用い、表2(表中の※印TiCNは特開平6−80
10号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつもので
ある)に示される条件にて、表3に示される層構成およ
び平均層厚の硬質被覆層を、それぞれの膜厚を均等に形
成することにより比較被覆超硬チップ1〜10をそれぞ
れ製造した。
【0010】ついで、この結果得られた比較被覆超硬チ
ップ1〜10のそれぞれの切刃稜線部にそって、砥石を
用いて、硬質被覆層の切刃稜線部を挟んだすくい面側と
逃げ面側のそれぞれに、表4に示される幅の薄層帯域を
形成することにより本発明被覆超硬チップ1〜10をそ
れぞれ製造した。
【0011】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ1〜1
0および比較被覆超硬チップ1〜10について、 被削材:SCM440の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸
棒、 切削速度:300m/min.、 切り込み:1.5mm、 送り:0.42mm/rev.、 切削時間:10分、 の条件での合金鋼の断続高速高送り切削試験、並びに、 被削材:SCM440の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸
棒、 切削速度:300m/min.、 切り込み:3.5mm、 送り:0.3mm/rev.、 切削時間:10分、 の条件での合金鋼の断続高速高切り込み切削試験を行
い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果
を表4に示した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】
【発明の効果】表4に示される結果から、切刃稜線部を
挟んだすくい面側と逃げ面側のそれぞれの硬質被覆層
に、薄層帯域を形成して前記硬質被覆層に存在する残留
応力の除去を図った本発明被覆超硬チップ1〜10は、
いずれも前記硬質被覆層が厚膜化しているにもかかわら
ず、切刃部に欠けやチッピングなどの欠損の発生なく、
すぐれた切削性能を発揮するのに対して、硬質被覆層の
層厚がすくい面、逃げ面、および切刃稜線部に亘って同
じである比較被覆超硬チップ1〜10においては、いず
れも硬質被覆層に存在する大きな残留応力が原因で切刃
部に欠けやチッピングが発生し、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チップは、例えば一般の鋼や鋳
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、特にこれらの切削を、硬質被覆層を厚膜化した状態
で、きわめて苛酷な切削条件である断続高速重切削条件
で行っても、すぐれた耐欠損性を示し、すぐれた耐摩耗
性を長期に亘って発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の被覆超硬チップの切刃部の要部概略
縦断面図である。
【図2】従来被覆超硬チップの切刃部の要部概略縦断面
図である。

Claims (1)

    【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、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7〜25μm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
    硬合金製スローアウエイ切削チップにおいて、 すくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部を挟んだすくい面
    側と逃げ面側のそれぞれに、前記切刃稜線部に沿って、
    前記すくい面、逃げ面、および切刃稜線部における上記
    硬質被覆層の厚さに比して相対的に厚さの薄い薄層帯域
    を5〜50μmの幅で形成したことを特徴とする耐欠損
    性のすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイ切削チ
    ップ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007098503A (ja) * 2005-10-04 2007-04-19 Mitsubishi Materials Corp 高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具
JP2007105806A (ja) * 2005-10-11 2007-04-26 Mitsubishi Materials Corp 高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具
CN111655410A (zh) * 2018-03-16 2020-09-11 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆切削工具及其制造方法

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