JPH11511078A - Ｃｖｄ被覆したチタニウム基炭窒化物切削工具インサート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、主成分としてチタニウムを有し、及び金属及び合金の切削加工、例えば、旋削、ミーリング加工及び穴明け加工に有効なタングステン及びコバルトを含有する炭窒化物合金の切削工具インサートに関する。このインサートは少なくとも１層の耐摩耗性層の被膜を備える。インサート及び被膜の組成は、適切な圧縮残留応力状態（０〜１０００ＭＰａ）の割れのない被膜が得られるように選択される。適切な圧縮応力を組み合わせ、被膜中に割れが存在しないことは、多くの切削工具の応用において、先行技術の工具に比較して特性が改良されたインサート工具が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 ＣＶＤ被覆したチタニウム基炭窒化物切削工具インサート 本発明は、主成分としてチタニウムを有し、且つ、金属及び合金の切削加工、 例えば、旋盤加工、フライス加工及び穴明け加工に有効なタングステンとコバル トを含有する炭窒化物合金の切削工具インサートに関する。このインサートは冷 却割れの無い少なくとも一層の耐摩耗性層を備え、この耐摩耗性層が、中位の圧 縮応力と連携して、種々の切削工具応用における先行技術に比較して特性が改良 された切削工具を与える。 耐摩耗性材料、例えば、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、ＴｉＮ、及びＡｌ₂Ｏ₃の１ 層または複数層で被覆したＷＣ−Ｃｏ基合金（超硬合金）は、切削工具インサー トに使用する代表的な材料である。被膜は、ほとんど化学蒸着技術を用いて、比 較的高い蒸着温度（７００〜１１００℃）で生成される。ＷＣ−Ｃｏ合金におい てこのＣＶＤ被膜の一つの欠点は、被膜工程後にＣＶＤ負荷を降下する際に、冷 却割れ網状構造が被膜に形成されることである。この割れは、ＷＣ−Ｃｏ基合金 と被膜材料との熱膨張の不釣り合いに原因する。ＷＣ−Ｃｏ基合金は、熱膨張係 数αが、約４．６〜６．７×１０^-6℃^-1の範囲にあり、一方、典型的な被膜材料 の値は、α_TiC≒７．６×１０^-6℃^-1、α_TiN≒８．０×１０^-6℃^-1、α_Ti(C,N) ≒７．８×１０^-6℃^-1及びα−Ａｌ₂Ｏ₃のα≒７．８×１０^-6℃^-1である。これ は、いずれの場合においても被膜が室温まで冷却されるときにＷＣ−Ｃｏ合金よ りも収縮することを意味する。この収縮が、被膜中に引張り応力を発生させ、且 つこの引張り応力はその一部が冷却割れの形成によって緩和される。 冷却割れは、少なくとも三つの理由で所定の切削加工の応用において切削工具 性能に有害となる。すなわち、 １．割れが、櫛状割れ（切り刃に直角な割れ）及び刃破壊の双方の開始位置と して作用する。 ２．一般的に熱力学的及び化学的にこの被膜よりも安定性が劣る合金は、割れ を通じて、切削油剤、加工部材及び周囲環境による腐食に曝される。 ３．加工部材が切削工程の際に割れに押し込まれ、すなわち初期割れが拡大さ れる。 さらに、被膜の残留引張り応力は、切削工程に使用中の被膜の剥離を引き起こ す。 ＷＣ−Ｃｏ合金のインサート上のＣＶＤ−被膜が切削インサートの横方向の破 壊強度（ＴＲＳ）を低下させ、インサートの靭性特性に悪影響を及ぼす。被膜の 冷却割れと引張り応力とがこの低下に対して重要となる。 割れ形成の問題は、物理蒸着（ＰＶＤ）、プラズマ補助ＣＶＤまたは同様の技 法の低温度被膜処理を使用することによってある程度解決できる。しかしながら 、これらの技法によって生成された被膜は、一般的に摩耗特性、低粘着性及び低 凝集性が劣る。さらに、これらの技法は、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、ＴｉＮの被 膜を蒸着するために使用されるが、今までは良好な結晶性を有する高品位のＡｌ₂ Ｏ₃−被膜を蒸着することが不可能であった。スウェーデン特許願書第９３０４ ２８３−６号には、実質的に割れのない被膜を生成する方法が開示されている。 しかしながら、この被膜は、所定の粒径と粒形状（小さな板状形の粒）を備え常 に１１４方位組織という特定のα−Ａｌ₂Ｏ₃層からなる。普通のＷＣ−Ｃｏ合金 上のこれらの被膜は、必ず引張り応力が存在する。 被膜中の引張り残留応力は、被膜の機械的な処理によって、例えば小さな鋼球 または同様の粒子で被膜をショットピーニングすることによって減少できること が知られている。この引張り応力は、被膜に欠陥を誘起することによって、また は、さらに割れを進展させることによって解放することができる（米国特許第５ ，１２３，９３４号を参照）。付加的な割れは上記条件に関しては望ましくなく 、且つ、誘起された欠陥の前向きな効果は、多くの場合に、工具インサート刃先 が非常に高温度（１０００℃に及ぶ）に到達するときの切削作業の際に喪失され る。 米国特許第５，３９５，６８０号には、ＣＶＤ被膜に圧縮応力を得る方法が記 載されている。ＣＶＤ被膜に第２層がＰＶＤ−技法によって蒸着される。ＰＶＤ 工程の際のイオン衝撃が被膜中に圧縮応力を誘起する。この処理の欠点は、高価 な２段階処理であり、さらに、圧縮応力状態がＰＶＤ層が磨滅すると同時に消失 しうる。 チタニウム基炭窒化物合金、すなわち、サーメットは、金属切削工業において 工具インサート材料として現在充分に認められ、且つ、それらは仕上げ切削作業 に広く使用されている。この合金は、Ｃｏ及び／またはＮｉを基本とする３〜２ ５ｗｔ％バインダー相に埋め込まれた炭窒化物硬質要素からなる。Ｔｉに加えて 、ＶＩａ族の元素、すなわち、Ｍｏ及び／またはＷ、任意にＣｒが添加され、バ インダーと硬質要素との間の濡れ性を高め、且つ溶体強化によりバインダーを強 化する。ＩＶａ及び／またはＶａ族の元素は、すなわち、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ 及びＴａも添加することができ、主に、材料の熱力学的挙動、例えば、組成変形 に対する抵抗力及び熱的割れ（櫛状割れ）を改良するためである。これらの添加 元素全ては、通常炭化物、窒化物及び／または炭窒化物として添加される。硬質 要素の粒子径は通常＜２μｍである。普通バインダー層は、主にコ バルト及び／またはニッケルからなる。バインダー相の量は一般的に３〜２５ｗ ｔ％である。さらに、他の元素は、例えば、アルミニウムが任意に使用され、バ インダー相の強化、及び／または、硬質要素及びバインダー相野間の濡れ性の改 良が成される。 一般に、焼結サーメットは、熱力学的等価にはほど遠い化学的に異種の硬質相 を備えた非常に複雑な顕微鏡組織を有する。典型的に炭窒化物粒は、特徴的な芯 (core)及び／または縁(rim)の構造組織を有し、芯が原材料粉末の残部(remnant) となり及び／または焼結の際に形成される。縁は、固体と液体との焼結時の双方 で形成される。通常、幾つかの形式の芯が、同一の合金内で見つけられる。ほと んど縁は、少なくとも半径方向に化学組成に大きな勾配を有する。化学組成及び 相対的に大量の芯と縁との双方は、原材料粉末（例えば予備合金化粉末）及び処 理条件の適切な選択によって大きな制限内で変化させることができる。これは、 巨視的な化学組成が一定に保持されたとしても事実である。これらの所定の変動 が合金の化学的特性に、当然、切削工具としてのそれの特性にも著しい相違を引 き起こす。 サーメットは、ＷＣ−Ｃｏ基硬質材料よりも固く化学的に安定であるが、あい にくかなり脆い。この脆性のために、さらに強度が要求される作業に対して大い にそれらの応用範囲を広げるために必要な信頼性が不足する。通常ＣＶＤ−被膜 は材料の脆性を増加させるので、この技術によって添付された被膜は、それらの 信頼性をさらに低下させると考えられるので、ＣＶＤ被膜サーメットは市場から は入手できない。代わりに、ＰＶＤ−被膜サーメットが、それらの合金より高い 耐摩耗性を必要とする所望の応用に対して使用される。 しかしながら、ＣＶＤサーメットは、未知ではない。これまでの 特許及び公開特許出願が、二つの範疇に分けらており、それらは合金組成の変化 に関するもの、及び被膜の接着性に焦点を合わせたものである。前者の範疇のも のの調査によれば、以下記載の合金は、従来のサーメットから明確に区別しうる ように一定の改変をほどこしたものであることが分かった。例えば、米国特許第 ５，３７６，４６６号には、ＣＶＤ−被膜した炭窒化物基材料が開示され、それ は優れた耐熱塑性変形性を備える。これを達成するためには、バインダー相の量 が、慣用のサーメット（３〜２５ｗｔ％）及び付加的硬質相（５〜３０ｗｔ％の ジルコニアまたは安定化ジルコニア）に比較してかなり（０．２〜３ｗｔ％）減 少されている。低バインダー成分及び第３相の双方が、慣用のサーメットと非常 に相違する材料となる。 ヨーロッパ特許Ａ−０ ４８２ ０５９号には、ＣＶＤ被膜したサーメットが 記載され、それは優れた耐摩耗性及び破断抵抗の双方を有することが示されてい る。これは、合金の表面領域近傍に硬度の上昇を引き起こす複雑な焼結工程によ って達成され、同一領域のタングステンの強化及びバインダーの枯渇によって達 成される。さらに、これは、慣用のサーメットとこの合金を明確に相違させ、ま た、表面領域が除去されるので、この合金は焼結後にあまり大量に研磨すること ができなかった大きな欠点を有する。焼結後に研磨することは、ほとんどにおい て望まれることであり、特にミーリング用インサートに対しては、好ましい仕上 げ形状と大きさを得るために望まれる。 ヨーロッパ特許Ａ−０ ４４０ １５７号及びヨーロッパ特許Ａ−０ ６４３ １５２号は、第２の範疇の特許及び特許出願における前述の第２の範疇のもの に分類される。これらの願書には異なる方法が記載され、この方法はＣＶＤ被膜 材料の優れた耐摩耗性が利 用できるために、この被膜と慣用のサーメットとの間に充分な接着性を生ずる。 特に、合金に第１の被膜層として被覆された薄いＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ，Ｎ）層 が、バインダー金属原子に対して充分有効な拡散バリヤーとして作用し、これら の原子がその後の層成長に干渉することを防止する。 本発明の基本は、靭性の劇的な増加が得られるような実質的に慣用のＣＶＤ− 被膜と慣用のサーメットを組み合わせることである。 本発明の目的は、被膜は冷却割れがなく且つその性質をより一層改良した中位 の圧縮残留応力を有するＣＶＤ被膜した焼結チタニウム基炭窒化物合金、及びそ の合金を製造する方法を提供することである。 本発明の一つの態様においては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、 Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ及びＢ元素の炭化物、窒化物、酸化物及び硼化物または組 合せ物またはそれらの固溶体、特にＡｌ₂Ｏ₃及び／または、ＸはＣ、Ｎ、Ｏまた はそれたの元素の組合せであるＴｉＸからなる１層または複数層の耐摩耗性ＣＶ Ｄ層を含んでなり、全被膜厚みが１〜２０μｍに被覆した焼結チタニウム基炭窒 化物合金が提供される。この被膜は冷却割れがなく且つ０〜１０００Ｍｐａの範 囲の中位の圧縮残留応力を有する。この材料は、優れた靭性、耐摩耗性及び化学 的安定性を有し、且つ切削工具材料として適切である。 本発明の別の態様においては、合金がチタニウム基硬質炭窒化物相及びコバル ト及び／またはニッケルからなるＣＶＤ被膜した焼結炭窒化物合金の製造方法を 提供する。合金及び被膜相の組成が選択できるので、合金と被膜材料との熱膨張 の相違が適切な圧縮応力を室温で被膜に発生させる。 本発明にしたがい、高靭性、耐摩耗性及び化学的安定性を有する ＣＶＤ被膜したチタニウム基炭窒化物切削工具インサートが提供される。このよ うな方法においては合金の組成を注意深く選択することによって、熱膨張を被膜 材料よりも程よく大きくでき、非常に改良された特性を有するインサートが得ら れるという意外なことが判明した。特に、このインサートは、被覆されていない 合金に比較して良好な耐摩耗性と劇的に優れた靭性の双方を備える。すなわち、 本発明に従う被膜の応用が、切削工具インサートの信頼性が実際に改良される。 何らかの理論に肯定するものでないが、この改良は被膜中に発生する圧縮残留 応力によるものであると確信している。何よりもまず、冷却割れが除去される。 すなわち、刃(edge)の破壊をもたらす割れの明確な伝播位置が存在しない。実際 に、被膜は、このような方法で割れが保護される合金自体に比べ欠陥がおそらく 少なく、且つ信頼性を増加する。次に、被膜中の圧縮応力の作用は、このような 割れが伝播するために多くのエネルギーが必要となるので、被膜表面に直角に伝 播する割れを阻止する。さらに、被膜は温度バリアーとして作用し、合金上の熱 力学的負荷を減少し、すなわち、さらにその信頼性を改良する。特に、大きな熱 力学的負荷による破壊に原因する櫛状割れの形成が、相当遅延できる。 切削の際に、切れ刃の温度が増加する際には、室温では被膜中で適切な圧縮応 力が減少するが、しかし、符号が転ずることは割れをもたらすことから許されな い。都合良いことには、被膜が温度バリアーとして作用するので、合金は被膜よ りいくぶん低い温度となる。したがって、ＣＶＤ蒸着温度より高い切削温度が容 認できる。それでも、高切削温度に対して、例えば、高切削速度での仕上げ加工 に対して、大きく相違する熱膨張率を選択して、被膜を通して割れの伝播の危険 を回避する充分な圧縮応力が維持されることを確実に する。一方で、この応力は、初期及び仕上げの一連の切削工程の双方において剥 離の危険が増加するので、室温であまり大きくすべきでない。室温で被膜が＞１ μｍの厚み有する単層または複数層の圧縮応力が、０〜１０００ＭＰａ、好まし くは１００〜８００ＭＰａ、もっとも好ましくは２００〜５００ＭＰａの範囲と すべきであることが意見である。しかしながら、最適応力は、各切削適用領域に 対して実験的に決定しなければならない。 残留応力は良く知られたｓｉｎ²ψ法を用いたＸ線回折によって決定される。 被膜の面に直角な法線応力成分を零に近づける理に適った仮定を基に、この方法 は、全応力テンソルを決定するために使用する。しかしながら、剪断応力成分は 一般的に充分に低い（典型的に１００ＭＰａ未満）ことが明らかであるので、応 力状態を被膜の平面において１２０°離間した三つの測定値を平均値として表す ことができることが判明した。この方法は、異なる結晶構造の層を識別すること のみができる。すなわち、同一の結晶構造の幾つかの層が被膜に存在する場合、 得られた結果はそれらの層の平均値となる。しかしながら、応力は、化学組成の 相違、結晶構造及び蒸着温度に基づいて個々の層で変化すことが可能である。 温度Ｔ₂で被膜の残留応力の理論的な評価は、原則として次の式を用いて求め ることができる。 σは被膜面の平均残留応力、α_COATING及びα_SUBは被膜及び合金のそれぞれの 熱膨張係数、Ｖ_COATINGは被膜のポアソン比であり、Ｔ₁は蒸着温度であり、Ｅ_{CO ATING} は被膜のヤング率である。この式をよく見ると、この被膜においてＶ_{COATI NG} 、Ｅ_COATING及びある程度であるがＴ₁はほとんど現れないが、α_COATING−α_{S UB} を変化することによって劇的な効果が得られる、ということが理解されよう。 この式は合金及び被膜の微細構造及び科学的性質はその平均残留応力に依存す るという効果を予測するのに使用することができる。不都合なことに、サーメッ ト合金中の複雑な層の熱膨張係数に関する文献によるデータが存在しないので、 サーメットの複雑な微細構造、サーメット合金の熱膨張係数は実験的に決定する 必要がある。 通常、サーメット合金においては、Ｎ及び／またはバインダー相成分の増加は 熱膨張係数を増加させ、一方でＷ成分の増加はそれを減少させる。サーメット合 金中のＴｉが、普通サーメット合金に使用されるその他の元素、すなわち、Ｔａ 、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃｒによって部分的に置換されるならば、また 、熱膨張係数の減少が生じる。しかしながら、Ｔｉは常に合金の主組成として留 まっている必要があり、このことはａｔｍ％のＴｉ成分は合金中のその他の元素 成分より多くなることを意味する。 ＴｉＸを被膜するため、ここでＸは、Ｃ、Ｎ、Ｏまたはこれらの元素の化学量 論的並びに非化学量論的な組合せであり、Ｎ元素の増加は熱膨張係数を増加させ る。被膜中のＴｉが、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、ＺｒまたはＷによって部分的にま たは全体的に置換されるならば、熱膨張係数は減少する。その代わりに、Ｓｉ及 び／またはＢを含有する被膜がさらに最適化するために使用することができる。 この方法において、被膜中に充分規定された圧縮応力を生じさせる合金／被膜 組合せ計画のための種々の代用ルートが利用できる。しかしながら、適切な切削 材料を得るために、その他の因子も考慮せねばならない。サーメット中のバイン ダー相の量は、靭性と耐摩耗性の適切な組合せを確実にするために、３〜１８ｖ ｏｌ％の範囲 、好ましくは６〜１５ｖｏｌ％の範囲である。同様に、合金のＣ及びＮの原子分 率は、０＜Ｎ／（Ｎ＋Ｃ）＜０．６、好ましくは０．１＜Ｎ／（Ｎ＋Ｃ）＜０． ６の関係を満たすことが考えられる。合金のＷ及びＴｉの原子分率は、０＜Ｗ／ （Ｔｉ＋Ｗ）＜０．４の関係を満たす必要がある。上記で検討されるこれらの元 素及び他の元素の組合せは、被膜中の所望の圧縮残留応力、及び当業者によって 実験的に決めることができる適切な他の特性の双方が得られる。 圧縮残留応力を増加して靭性を備えた耐摩耗性被膜の有益な効果を利用すべき であるならば、高品位の被膜を蒸着することに留意しなけらばならない。すなわ ち、合金中に存在し且つＣＶＤ層の成長を個々に阻止する元素、特にＮｉは、成 長する層への拡散できないことを確実にする必要がある。米国特許第５，１３５ ，８０１号及びスウェーデン特許願書第９４００９５１−１号に記載されるもの と同様に、被膜構造の内部のＴｉＣＯまたはＴｉＣＯＮの薄い層の混在が、ニッ ケルの拡散を著しく減少させることが分かった。したがって、必ずサーメット合 金が０．５％ａｔ％ニッケルより多く含有するような拡散バリヤー層を使用する ことが推奨される。さらに好ましい代用は、例えば、スウェーデン特許願書第９ ５００２３６−６号に記載されるような適切で、実質的にＮｉを含まないサーメ ット合金を使用することである。本発明にしたがう特性を有する被膜を備えた場 合、特に良く機能することが明らかになったこのような合金は、ＴｉＮ、Ｔｉ（ Ｃ、Ｎ）、（Ｔｉ、Ｗ）Ｃ、（Ｔｉ、Ｗ）（Ｃ、Ｎ）及び／またはバインダー相 としてＣｏとともにＷＣから製造され、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎ及びＣからなる全組 成に関しては、原子分率が０．３＜Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）＜０．５、０．０５＜Ｗ（Ｗ ＋Ｔｉ）＜０．１２好ましくは０．０７＜Ｗ（Ｗ＋Ｔｉ）＜０．１１、及び０． ０７＜Ｃｏ＜０．１５、好ましくは０．１＜Ｃｏ＜０ ．１３の関係を満足する。Ｔｉは、個々に対しては＜５ａｔ％、好ましくは＜３ ａｔ％、及び全体的には＜１２ａｔ％このましくは＜１０ａｔ％の量のＴａ、Ｎ ｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ及び／Ｍｏによって部分的に置換することができる。 実施例１ 粉末混合物が、重量％で、６４．５％のＴｉ（Ｃ_0,67Ｎ_0,33）、１８．１％の ＷＣ及び１７．４％のＣｏから製造される。粉末混合物は湿潤粉砕され、乾燥し 且つ、脱ろうした後標準焼結法を使用して９０分間１４３０℃で真空焼結するＳ ＥＭＮ１２０４ＡＺ型のインサートに加圧成形された。ある程度耐摩耗性を犠牲 にして最適靭性を特徴とするスウェーデン特許願書第９４００９５１−１号にし たがって製造される。これは、耐摩耗性がＣＶＤ被膜で増加することが予想され 且つ被膜工程を単純にしてニッケルを含有してないために、適切な合金である。 インサートの全数の半数（以後材料Ａと示す）が次の層構造で被膜された。すな わち、１ｍｍのＴｉＣ、０．５ｍｍのＴｉＣＯ、７ｍｍのＴｉ（Ｃ、Ｎ）、６ｍ ｍの０１２−組織のα−Ａｌ₂Ｏ₃及び１ｍｍの頂部のＴｉＮ層であり、スウェー デン特許願書第９４００９５１−１号に記載されるようなＣＶＤ法を使用する。 残りの半数（材料Ｂと示す）は、スウェーデン特許願書第９５０１２８６−０号 にしたがい、低温度（８５０℃）で蒸着したＴｉ（Ｃ、Ｎ）の５ｍｍの内側層及 び０１２−組織のα−Ａｌ₂Ｏ₃の４ｍｍの外側層を異なる方法を使用し被膜した 。被膜表面はＳｉＣブラシでインサート刃をブラシして滑らかにした。 残留応力はインサートの頂部表面でＸ線回折装置（ＸＲＤ、ｓｉｎ²ψ法）を 使用して測定し、表１にパラメーターを示す。 測定結果は表２に示す。被膜面の垂直応力は、被膜面を１２０度分割した３測 定値の平均である。 明らかに、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）の内側層及びα−Ａｌ₂Ｏ₃層の双方は、好ましい範 囲の圧縮応力を有する。 双方の材料から、研磨した被膜と合金との横断面を準備し、光学顕微鏡と走査 型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して検査した。経験によって、冷却割れは、通常 のＷＣ−Ｃｏ記号金に蒸着したＣＶＤ被膜にこれらの技術の一つを使用して容易 に観ることができる。しかしながら、冷却割れは、本発明にしたがい生成したい ずれの被膜インサートにも観察することはできなかった。 実施例２ 測定された応力が理に適っていることを証明するために、上記式１が使用でき る。実施例１の合金の熱膨張係数が、適切な大きさと寸法の試験棒を使用して決 定し、約８．５×１０^-6℃^-1であることが判明した。この被膜を示すために必要 とするパラメーターのために、表３に従う調査資料が概算に使用され、被膜の見 積もり平均残留応力は−４３２ＭＰであり、実施例１の実験結果に比較的良く一 致する。 実施例３ 上記実施例１にしたがい製造されインサートの耐摩耗性を調査するために、幾 何学形態のＴＮＭＧ１６０４０８−ＭＦのインサートを製造した。三つの異なる 参考が試験に含まれた。参考１として、形式ＴＮＭＧ１６０４０８−ＭＦのイン サートが、重量％で、１０．８のＣｏ、５．４のＮｉ、９．６のＴｉＮ、２８． ７のＴｉＣ、６．３のＴａＣ、９．３のＭｏ₂Ｃ、１６．０のＷＣ及び３．９の ＶＣ空なる粉末混合物から製造され。これは、旋削に対してＰ２５−範囲以内で 十分に立証されたサーメット等級（以後参考１と示す）であり、耐摩耗性と靭性 がよく釣り合ったことを特徴とする。 参考２として、同一の幾何学形態のインサートが、重量％で、１１．０のＣｏ 、５．５のＮｉ、２６．４の（Ｔｉ、Ｔａ）（Ｃ、Ｎ）、１１．６の（Ｔｉ、Ｔ ａ）Ｃ、１．４のＴｉＮ、１．８のＮｂＣ、１７．７のＷＣ、４．６のＭｏ₂Ｃ 、及び０．３のカーボンブラックからなる粉末混合物から製造された。 これらのインサートは、物理蒸着法（ＰＶＤ）を使用して、約４μｍ厚さのＴ ｉ（Ｃ、Ｎ）層及び１μｍ未満の厚さのＴｉＮ層で被膜された。これは、旋削に 対してＰ２５−領域以内で十分に立証されたサーメット等級（以後参考２と示す ）であり、高い耐摩耗性が要求される工程に好ましく使用される。参照３として 、材料Ａ及びＢを製造するために用いたバッチと同一のバッチから採取し、且つ 同一の被膜していない合金（参考３と示す）を使用した。 耐摩耗性試験（長手方向の旋削）は次の切削データーを用いて実施された。す なわち、 加工部材： Ｏｖａｋｏ ８２５Ｂ 速度： ２５０ｍ／ｍｉｎ 送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さ： １．０ｍｍ 冷却剤： 使用 各合金に関して二つの刃を試験した。逃げ面摩耗（ＶＢ）及びクレータ摩耗面 積（Ｋａ）は連続的に測定し、試験は工具寿命の終わりまで実施した。工具寿命 の基準は、過多なクレータ摩耗または逃げ面摩耗ＶＢ＞０．３ｍｍによる刃の破 壊であった。相対的な形状によって示されるその結果を表４に示す。 明らかに、双方の材料Ａ及び材料Ｂは、それぞれの参考に比較して優れた工具 寿命を備える。これはクレーた摩耗に対するそれらの高い抵抗のためである。逃 げ面及びクレータ摩耗の測定は１０分切削期間のあとに行った。充分に定義され た摩耗模様が発達したとしても、全ての合金が工具寿命に終末に程遠いために、 この時間を選択した。しかしながら、それらの厚い被膜のために、材料Ａ及びＢ は、参考より大きな刃先半径を有し、これがより大きな初期逃げ面摩耗をもたら す。工具寿命の終末近くで、これら二つの合金は、逃げ面摩耗と同様に、著しく 良好な抵抗を示した。被膜しない合金（参考３）は、慣用のサーメット（参考１ ）とほぼ同様の耐摩耗性を有することが注目される。 実施例４ 実施例３のような同様のインサート（同じ参考を含む）の靭性挙動を調査する ために、中断強旋削試験を次の条件で実施した。すなわち、 加工部材： ＳＳ ２２３４ 速度： ２５０ｍ／ｍｉｎ 送り： ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さ： ０．５ｍｍ 冷却剤： 使用 各合金に関して三つの刃を試験した。全ての刃は破断まで行われた。その結果 を表５に示す。 明らかに、本発明にしたがい製造された双方の材料Ａ及び材料Ｂは、参考に比 較して実質的に良好な靭性を示した。特に、双方の材料は、被膜しない合金、参 考３に比較して良好な靭性を示した。す なわち、サーメットにＣＶＤ被膜を応用することによって一般的にサーメットの 靭性を減少すると考えられているが、この実施例はかなり靭性のある製品が得ら れた。さらに、実施例３に掲げるように、耐摩耗性の実質的増加が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ及びＢ 元素の炭化物、窒化物、酸化物及び硼化物または組合せ物またはそれらの固溶体 からなる１層または複数層の耐摩耗性ＣＶＤ層を含んでなり、１〜２０μｍの被 膜の厚みを備えるチタニウム基炭窒化物の切削工具インサートであって、 前記被膜は冷却割れがなく、且つ同一結晶組織と前記被膜が＞１μｍの厚さと を有する１層または複数層の前記ＣＶＤ層が室温で０〜１０００Ｍｐａの圧縮残 留応力を有すること、 を特徴とするチタニウム基炭窒化物の切削工具インサート。 ２．前記圧縮残留応力が１００〜８００Ｍｐａであることを特徴とする請求項 １記載の切削工具インサート。 ３．前記圧縮残留応力が２００〜５００Ｍｐａであることを特徴とする請求項 １または２記載の切削工具インサート。 ４．前記被膜の内側部分の組織が、ＴｉＣＯまたはＴｉＣＯＮの０．２〜２μ ｍの薄い層からなるＮｉ拡散バリヤーを含むことを特徴とする請求項１〜３のい ずれか１項に記載の切削工具インサート。 ５．バインダー層が実質的にＮｉを含まないことを特徴とする請求項１〜４の いずれか１項に記載の切削工具インサート。 ６．Ｃ及びＮの原子分率が、０＜Ｎ／（Ｎ＋Ｃ）＜０．６、好ましくは０．１ ＜Ｎ／（Ｎ＋Ｃ）＜０．６の関係を満足し、且つ前記原子分率が０＜Ｗ／（Ｔｉ ＋Ｗ）＜０．４の関係を満足すること特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に 記載の切削工具インサート。 ７．チタニウム基炭窒化物がＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｏからなり 、該元素の原子分率が０．２５＜Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）＜０．５、０．０５＜Ｗ／（Ｗ ＋Ｔｉ）＜０．１１及び０．０９＜Ｃｏ＜０．１４の関係を満足すること特徴と する請求項１〜６のいずれか１項に記載の切削工具インサート。 ８．ＴｉがＴａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ及び／またはＭｏによって部分的に置 き換えられ、ここの量が＜５ａｔ％且つ合計量が＜１５ａｔ％であること特徴と する請求項５に記載の切削工具インサート。