JPS58500172A - コーティングを有する金属切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属切削工具用コーティング 発明の分野 本発明は金属加工、よシ詳しく述べるならば、金属切削工具用コーティングに関 するものである。

金属切削工具のだめの窒化チタンベースのコーティングが当業者に知られている （例えば、Ｈ，Ｆ。

Ｂｕｎｓｈａｎ　ｅｔ　ａｌ　、Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　ｆｉｌｍｓ　、　１９ ７７．４５．Ａ３＋ｐｐ、４５３−４６２参照）。

のない工具よシも５ないし７倍良い。

しかしながら、窒化チタンのコーティングを有する工具によってステンレス鋼お よび耐火合金で作られた部品を加工する場合には、このような工具の耐摩耗性は 十分でない。この理由は切削中に工具の接触表面にて生じるコーティングと加工 されている工作物との付着相互作用の度合が大きいことにある。

その結果として、切削領域の温度が上昇しかつコーティングの機械的強度が水蒸 気および酸素によって生じる効果のためかなシ低下する。

発明の要約 本発明の目的は、ステンレス鋼および耐火合金で２ 作られた工作物の加工においてコーティングを備えた工具の高い耐摩耗性を保証 する組成を有する金属切削工具用コーティングの提供にある。

この目的は、窒化チタンを含んでなる金属切削用コーティングが、本発明による と、１ｏないし３０重量％の窒化クロムを、あるいは組合せてかつコーティング 体積にわたって均等に分布させた３ないし１８重量％の窒化アルミニウム、２な いし８重量％の窒化モリブデン、２ないし１０重量％の窒化クロムおよび０．５ ないし１０重量％の窒化シリコンを付加的に含有していることによって達成され る。

窒化クロムおよび窒化チタンからなる２成分コーティングは製造においてそれほ ど高価ではなく、一方多成分コーティングはよシ広い範囲の被加工材料に対して 高い耐摩耗性を保証する。

金属切削工具上に適用される本発明に係るコーティングの両方の実施態様はステ ンレスおよび耐火合金の切削におけるコーティングの耐摩耗性を窒化チタンをベ ースとした公知コーティングに比べて４−６倍に改善する。

ステンレス鋼および耐火合金の切削において、窒化チタンおよび窒化クロムから なるコーティング中の窒化クロムが工具の接触領域上での活性な付着ゾロセルを 妨げるバリヤとして働き、このようにして３　ｑｉ表昭５８５００１７２　（２ ）工具の耐摩耗性を高める。さらに、切削中に生じる高温にて発生する窒化クロ ムの部分的な酸化が熱力学的に安定な酸化クロムを形成する結果になシ、この酸 化クロムが工具の付着−疲労摩耗をさらに減らす。

上述した割合でのチタン、アルミニウム、モリブデン、クロムおよびシリコンの 窒化物からなるコーティングの使用において、これら窒化物がコーティングの高 い微小硬度を保証しかつこれら窒化物が体積中に均等に分布しているためにこれ ら全てが同時に働く。切削領域での温度が高くなるにつれて、結果としての摩耗 生成物とアルミニウムおよびモリブデンの窒化物を含有するコーティングの表面 層とが空気酸素および水蒸気で酸化物に酸化される。結果としての酸化アルミニ ウムが工具の被加工材料との付着相互作用を弱めかつコーティングの化学的活性 を減らす。切削中に生じた酸化モリブデンは潤滑特性を有しておシそして摩擦係 数を小さクシ、シたがって、切削領域での温度を下げるのに寄与する。温度が上 昇するにつれて、窒化クロムは電流キャリアの再分配を妨げる電気的バリヤを作 る安定な酸化物を形成するように分解し始める。転換した窒化物は、コーティン グの全体積中で高硬度を担っている窒化物である窒化チタンおよび窒化シリコン がその機械的強度を失なうことから保護する。

上述の特定した窒化物の量的割合はコーティングの熱力学的安定性を保証するよ うに選定される。

コーティング中の全成分が上述した割合で均等に分布していることを考慮して、 これら成分が工具の接触面に永続的に存在しかつステンレス鋼および耐火合金の 加工中にコーティングの耐久塵を下げる要因の効力を小さくする。

本発明に係るコーティングを金属切削工具の加工表面上に以下に述べるある程度 簡単な手順、例えば、下記の公知方法のひとつを用いて形成することができる。

（ａ）　（３−５）ＸＩＯ−３ｍｎＨｇの圧力下の窒素雰囲気中での上述した材 料の板（セグメント）のセットで作られたモザイク状カソードの散乱； （ｂ）　（３−５）ＸＩＯ’ｍ＋ｎＨｇの圧力下の窒素雰囲気中での上述した材 料からなる粉末状混合物の陰極アトマイゼーション； （ｃ）窒素雰囲気の真空室中でのチタンとクロムとの合金又はチタンとアルミニ ウム、モリブデン、クロムおよびシリコンとの合金からなるカソードの蒸発（イ オン衝撃を供なうプラズマからの物質の凝結法）。

発明の最も好ましい実施態様 本発明は以下の詳細な記載および実施例からより明瞭になるであろう。

実施例１ （ＩＳＯ分類で）Ｋ系に属する合金で作られた金属切削工具の作用面上にコーテ ィングをイオン衝撃で金属プラズマから物質を凝結する方法で形成する。

この処理は、チタンおよびクロムの同時蒸発および（２−５）　Ｘ　１０”−５ ＋ｓ＋＋Ｈｇの圧力に維持されている真空室内への窒素流入によって行なわれる 。

コーティング中のチタンおよびクロムの特性は各蒸発器への放電電流値を変える ことによって調整される。

窒化クロム１０．２０および３０％を含有し残部が窒化チタンであるコーティン グをそれぞれ有するカッタで試験を行なった。

下記組成（重量％）　：　ＣＯ，１−０，６％、　５ｔ（０，６％。

Ｍｎ　（０，６％、Ｃｒ１Ｏ，５−１２％、　Ｎｉ　１．５−１．８％、　Ｗｌ 、６−２％、　Ｍｏ　０．３５−　Ｑ、５％、　Ｖｏ、１８−０．３％および残 部鉄を有する耐火合金の長手方向切削で試験を行なった。

切削条件は、切削速度Ｖ　＝　３７．３　ｍ／ｍｉｎ　、送りβ＝０、１５　＋ ｍｎ／ｒｅｖ　、切シこみｔ　＝　０．３−０．５調であった。

比較結果を得るために、窒化チタンの公知コーティングを有する切削工具の試験 を同じ条件下で行な６ 第　１　表 上記第１表から、耐火合金の加工では本発明に係るコーティングを有する工程の 耐性は公知コーティングを有する工具の耐性よシも２−５倍高い。

実施例２ （ＩＳＯによる）Ｍ系又はに系の合金の再とぎされていない３角形チツプを有す るカッタの上に、コーティングを実施例１０手順で金属プラズマからの物質の凝 結法によって形成する。このコーティングの組成はＡｔＮ３．５％１Ｍｏ　２Ｎ 　２．０％、　ＣｒＮ　２％、ＳｉＮ５％および残部ＴｆＮである。カッタの試 験を、下記組成（重量％）　：　Ｃ＜０．１２％　、　Ｓｉ＜０．８％　、　Ｍ ｎ　１−１．２％。

Ｃｒ１７−１９％、Ｎ９−１１％、Ｔｉ約０．８％および残部Ｆｅ’＆有するク ロム−ニッケル鋼を切削することで行なった。

７　待人昭５８５００１７２（３） 切削条件はｔ　＝　３　ｔｍ　、　Ｖ’　＝　０．３　ｍ１ｒｅｖおよび５＝１ ２２ｍ／ｍｉｎであった。

試験からカッタ耐性（ｃｕｔｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が３つの面につい て３０分であるとわかった。

比較のために窒化チタンのコーティングを有する同様のカッタを試験した。同じ 条件下でカッタ耐性は３つの面について５．４分であり、これは本発明に係るコ ーティングを有するカッタの５．５分の１であった。

実施例３ （ＩＳＯによる）Ｋ系の合金の再とぎされていない三角形チップを有すカッタの 上に、コーティングを金属プラズマからの物質の凝結法によって形成する。

このコーティングはＡｔＮ　１８％ｌＭｏ２Ｎ　４％、ＣｒＮ　５％。

ＳｉＮ５％およびＴｉＮ　６８％を含有している。カッタの試験を、重量％でＣ ０，１１−０，１７％、　Ｓｔ　（０，８％、Ｃｒ１６〜１８チ、　Ｎｉ　１． ５−２．５チおよび残部Ｆｅを含有する鋼の縦方向切削にて行なった。

切削条件は実施例２と同じであった。試験からカッタ耐性が３つの面について２ ５分であるとわかった。

実施例４ 形成するコーティングがＡｔＮ３．５％＋　ＭＯ２Ｎ　４％。

ＣｒＮ　５％　、　ＳｉＮ　１０％および残部ＴｉＮからなることを除いて、上 記実施例３で述べたと同じようにして実験を行なった。試験によってカッタ耐性 が３つの面について２２分であるとわかった。

実施例３および４にて述べたコーティングはステンレス鋼の切削において切削工 具の耐性を（実施例２で述べた）窒化チタンのコーティングを有する切削工具と 比較して約４５倍高めた。

実施例５ 高速度鋼の３本の同様な歯切シ工其の切削面上に異なるコーティングを金属プラ ズマからの物質の凝結法によって形成する。この高速度鋼はＷ６％、　Ｍ。

５％および残部Ｆｅである。第１の歯切り工具上にはＣｒＮ　２０％およびＴｉ Ｎ　８０　％からなるコーティングを形成し、第２の工具上にはＡｔＮ３％２Ｍ ０２Ｎ　６％。

ＣｒＮ４％、　ＳｉＮ　５％および残部ＴｉＮからなるコーティングを形成し、 そして、第３の工具上には・・・・・・比較例として・・・・・・ＴｉＮをベー スとした公知のコーティングを形成する。

これら歯切シ工具の試験を歯車形削シ盤での重量％でＣ１，６％＋Ｃｒ　＋Ｍｎ 　、　Ｔｉ　、Ｎそれぞれ約１％および残部Ｆｅを含有する鋼の切削によって行 なった。

切削条件は、１分間当シの絞シのダブルストローク（往復工程）数・・・・・・ １２５回および回転速シ１００８．。

０．２５分／ダブルストロークである。

試験の結果として、ＣｒＮ　−ＴｉＮのコーティングを有する歯切シ工具の耐性 が１０４０分であシ、多数成分のコーティングを有する歯切り工具の耐性が１１ ９６分であシ、そしてＴｉＮのコーティングを有する歯切シ工具の耐性が２７３ 分であった。すなわち、公知のコーティングを有する工具の耐性は本発明に係る コーティングを有する工具の耐性よシも３８分の１あるいは４４分の１と低い。

実施例６ 実験を上述の実施例３において述べたと同様にして行なった。ＡｔＮ　３％＋　 Ｍｏ２Ｎ　２％、　ＣｒＮ　２　％　、　ＳＩＮ３％および残部ＴｉＮからなる 多成分コーティングを形成する。試験の結果として、カッタ耐性が３つの面につ いて１８分であった。すなわち、これは窒化チタンのコーティングを有する同様 なカッタの耐性よシも２．４倍高い。

実験を上述の実施例３の手順に従って行なう０ＡｔＮ　３％２Ｍ０２Ｎ　８　％ 　＋　ＣｒＮ　２　％　ｒ　ＳＩＮ　３％および残部ＴｉＮからなる多成分コー ティングを形成する。試験の結果として、カッタの耐性は３つの面について２５ 分であシ、これは窒化チタンのコーティングを有する同様なカッタの耐性よシも ３．３倍高か９た。

実施例８ 実験を実施例３で述べたと同じように行なう。

ＡｔＮ　３％、　Ｈａ□Ｎ　８　％　、　ＣｒＮ　１０　’１６　、　ＳｉＮ　 ３　％および残部ＴｉＮからなる多成分コーティングを付着する。

試験の結果として、カッタの耐性が３つの面について２２分であシ、これは窒化 チタンの公知コーティングを有する同様なカッタの耐性よシも２．９倍高い。

産業上の利用可能性 本発明に係るコーティングは、ドリル、カッタ。

フライスカッタなどのあらゆる金属切削工具に、特にステンレスおよび耐火合金 から作られた部品の加工に使用される高速度鋼製工具に使用される。

ｍｌｏｎｔ−Ｍ・１＾””””””　ＰＣｒ１５ｔＪ８１１０００２５−第１頁 の続き ０発　明　者　シェド・ビクトル・ペトロピッチソビエト連邦１１９０４８モス クワ・ウチェブニイ・ベル・ディ−２クワルチーラ５７■発　明　者　パダルカ ・バレンティン・ダレボビツチソビエト連邦３１００５８カルコフ・ウリツア・ ダニレブスコゴ・ディー１０クワルチーラ１２２ ０発　明　者　シネルスチコフ・アンドレイ・カルロビツチ ソビエト連邦１０５０３７モスクワ・ウリツア・ベルボマイスカヤ・ディー２０ クワルチーラ３２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 窒化チタンを含んでなる金属切削工具用コーティングにおいて、前記コーティン グが付加的に１０ないし３０重量％の窒化クロムを、あるいは組合せてかつ前記 コーティングの体積内で均等に分布させた３ないし１８重量−の窒化アルミニウ ム、２ないし８重量−の窒化モリブデン、２ないし１０重量％の窒化クロムおよ び０．５ないし１０重量％の窒化シリコンを含有していることを特命とする金属 切削工具用コーティング。