JPS597349B2 - 被覆超硬合金工具 - Google Patents

被覆超硬合金工具

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JPS597349B2
JPS597349B2 JP2931677A JP2931677A JPS597349B2 JP S597349 B2 JPS597349 B2 JP S597349B2 JP 2931677 A JP2931677 A JP 2931677A JP 2931677 A JP2931677 A JP 2931677A JP S597349 B2 JPS597349 B2 JP S597349B2
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JP
Japan
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cemented carbide
coated
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metals
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JP2931677A
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JPS53114711A (en
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泰次郎 大西
昭雄 西山
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Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、その工具寿命を一段と改善した被覆超硬合
金工具に関するものである。
一般に、元素周期表の4a15aおよび6a族の金属の
炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの1種または2
種以上と、CO,.NiおよびFe(以下鉄属金属とい
う)のうちの1種または2種以上とを含有する組成をも
つた超硬合金工具は公知であり、さらに前記超硬合金工
具の表面に、前記4a、5aおよび6a族の金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、および酸化物と、A1酸化物と
からなる群のうちのいずれか1種の単層またはこれらの
複層からなる耐摩耗性にすぐれた硬質物質を被覆して、
その工具寿命の延命化をはかつた被覆超硬合金工具も提
案されている。
しかしながら、上記被覆超硬合金工具においては、上記
被覆層の硬質物質は上記超硬合金工具基体より脆い性質
をもち、しかも前記被覆層を特に化学蒸着法によつて形
成するに際しては、前記被覆層形成時に前記超硬合金工
具基体表面に脱炭層が形成されやすく、このようにその
基体表面に脱炭層が形成されると、前記基体表面部の靭
性が低下するようになつて所望の工具寿命の延命化をは
かることができない。
また上記被覆超硬合金工具において、その超硬合金工具
基体の耐熱塑性変形性を改善して、その工具寿命の一層
の延命化をはかることも提案されたが、このように耐熱
塑性変形性を向上させると靭性が一層低下するようにな
つて工具寿命の改善がはかれないのが現状である。
本発明者等は、上述のような観点から、すぐれた耐摩耗
性、耐熱塑性変形性、および靭性を具備させることによ
つて工具寿命の一層の延命化をはかるべく、特に上記の
従来被覆超硬合金における炭化タングステン(以下WC
で示す)を主成分として含有し、かつ鉄属金属のうちの
1種または2種以上(以下結合金属という)を3〜20
重量%含有し、さらに必要に応じ元素周期表の4a15
a族金属の炭化物、窒化物のうちの1種または2種以上
(以下分散相形成成分という)を1〜30重量%含有す
る超硬合金母材の表面に、同4a、5a族金属の炭化物
、炭窒化物、炭酸化物、および炭酸窒化物の群のうち1
種からなる単層または2種以上からなる複層を2〜20
μmの平均層厚で化学蒸着法により被覆し(以下この被
覆層を化学蒸着被覆層という)、さらに必要に応じて前
記の化学蒸着被覆層の上に同4a、5a族金属の窒化物
およびA1酸化物のうちの1種からなる単層または2種
以上からなる複層を1〜5μmの平均層厚で被覆(以下
この被覆層を追加被覆層という)したものからなる被覆
超硬合金に着目し研究を行つた結果、上記超硬合金母材
の焼結組織中に遊離炭素を0.02〜0.4重量%(A
STM規格:C2〜C4に相当する)分散含有させ、こ
の状態の超硬合金母材の表面に上記化学蒸着被覆層を形
成すると、前記超硬合金母材の表面部の遊離炭素が前記
化学蒸着被覆層に拡散して前記被覆層形成成分となり、
この結果前記超硬合金母材の表面より0.05〜0.5
mmの厚さに亘つて前記遊離炭素が消失して=般に正常
相と呼ばれる組織となると共に、前記超硬合金母材と前
記被覆層との結合強度が向上するという知見を得たので
あつて、一般に切削用超硬合金工具の組織中に遊離炭素
が存在すると合金強度が低下するようになることから避
けるべきであるとされているが、この発明の被覆超硬合
金工具においては、−b水のように超硬合金母材の表面
部が化学蒸着法による被覆層形成時に正常相となつて切
削に適した組織となり、しかも前記化学蒸着被覆層には
遊離炭素が前記母材表面部より拡散供給されるため、通
常化学蒸着被覆層形成時に被覆層直下に形成されて靭性
低下をもたらす脱炭相(η相)の生成が3μm以下の平
均層厚となることから、前記表面部に工具使用に影響を
もたらす靭性低下は見られないのである。
したがつて、この発明は上記知見にもとづいてなされた
ものであり、この発明の上記被覆超硬合金工具において
、上述のように数値限定した理由を以下に説明する。
(a)遊離炭素 超硬合金母材の焼結組織中における分散含有量が0.0
2%未満では、化学蒸着被覆層形成に際して靭性低下を
もたらす脱炭相が前記母材表面より3μmを越えた平均
層厚で生成するようになることから前記下限値以上含有
させなければならない。
しかし0.4%を越えて分散含有させると化学蒸着被覆
層を形成した後でも前記母材表面部には遊離炭素が残留
して母材強度を低下させるようになるので前記上限値を
越えて含有させてはならない。(b)なお、分散相形成
成分および結合金属の含有量、並びに化学蒸着被覆層お
よび追加被覆層の層厚は、通常実施されている範囲のも
のである。
すなわち、分散相形成成分に関しては、その含有量が1
%未満では所望の添加含有効果は得られず、一方30%
を越えて含有させると母材の靭性が低下するようになる
ことから、その含有量を1〜30%と定めた。また結合
金属に関しては、その含有量が3%未満では母材結合相
の形成が不十分で所望の靭性が得られず、一方20%を
越えて含有させると母材の耐熱性が低下するようになる
ことから、その含有量を3〜20%と定めた。
さらに化学蒸着被覆層および追加被覆層に関しては、そ
れぞれ2μmおよび1μm未満の平均層厚では所望の耐
摩耗性向上効果が得られず、一方20μmおよび5μm
をそれぞれ越えた平均層厚にすると靭性低下が著しく剥
離しやすくなることから、その平均層厚をそれぞれ2〜
20μmおよび1〜5μmと定めた。
※ゑ つぎに、この発明の被覆超硬合金工具
を実施例により具体的に説明する。実施例 原料粉末として、平均粒径:3μMf)WC粉末、同1
μMf)CO粉末、同1μmのNi粉末、いずれも同2
μmを有するTiC粉末、VC粉末、NbC粉末、およ
びTaC粉末、さらに同2μmを有するTiN粉末、同
0.02μmのカーボンブラツク(以下C粉末という)
を用意し、これら原料粉末を、それぞれ第1表に示され
る配合組成に配合し、ボールミル中にて72時間湿式混
合粉砕処理し、乾燥した後、2t0n/C77fの圧力
にて圧粉体に成形し、ついで、これら圧粉体を、10−
3mmHgの真空雰囲気中、温度:1400′Cに3時
間保持の条件で焼結することによつて、この発明にかか
る超硬合金母材(以下本発明母材という)1〜10、お
よびいずれもC粉末を配合しない比較超硬合金母材(以
下比較母材という)1〜7をそれぞれ製造した。
この結果得られた各母材の組織を顕微鏡(倍率:100
倍)で観察したところ、第1表に示されるように本発明
母材1〜10のいずれにもASTM規格C2〜4に相当
する量の遊離炭素が分散含有されているのに対して、比
較母材1〜7には全く遊離炭素の存在は見られなかつた
つぎに、上記本発明母材1〜10および比較母材1〜7
の表面に、通常Q条件での化学蒸着法を適用して、同じ
く第1表に示される組成および平均※K層厚を有する化
学蒸着被覆層および追加被覆層を形成することによつて
、本発明被覆超硬合金工具(以下本発明被覆工具という
)1〜10および比較被覆超硬合金工具(以下比較被覆
工具という)1〜7を製造した。
この結果得られた本発明被覆工具1〜10および比較工
具1〜7における脱炭相(η相)の平均厚さ、および遊
離炭素の消失深さを測定した。
この測定結果を第2表に示した。第2表に示される結果
から明らかなように、焼結組織中に遊離炭素を含有しな
い比較母材の表面に化学蒸着被覆層および追加被覆層を
形成したものからなる比較被覆工具1〜7においては、
η相の厚みがいずれも平均厚さで3μmを越えているの
に対して、遊離炭素を分散含有した本発明母材の表面に
化学蒸着被覆層および追加被覆層を施したものからなる
本発明被覆工具1〜10においては、いずれもη相の平
均厚さが3μm以下となつている。
つぎに、本発明被覆工具1〜10および比較被覆工具1
〜7について、ヲJlJりhリlトリ ● ▲ v噌
i−1)の条件での鋼フライス切削試験を行ない、前者
の鋳鉄連続切削試験では切刃にカケが発生するまでに切
削した被削材の個数(ただし試験個数は250個、した
がつて第2表に250個とある表示は、250個の切削
後も切刃にカケ発生がなく、引続いての切削が可能であ
ることを示している)を測定し、また後者の鋼フライス
切削では切刃にカケが発生するまでの切削時間を測定し
た。
これらの測定結果を第2表に示した。第2表に示される
結果から、本発明被覆工具1〜10は、いずれも比較被
覆工具1〜7に比して著しくすぐれた耐衝撃性を有し、
すぐれた切削性能を示すことが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬合金工具は、すぐれ
た耐摩耗性、耐熱塑性変形性、および靭性をもつている
ので、特に切削工具として使用した場合にきわめて工具
寿命を示すのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炭化タングステンを主成分として含有し、さらに結
    合金属としての鉄族金属のうちの1種または2種以上を
    3〜20重量%含有すると共に、焼結後の超硬合金組織
    中に遊離炭素を0.02〜0.4重量%分散含有する超
    硬合金母材の表面に、元素周期表の4aおよび5a族金
    属の炭化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭酸窒化物の
    うちの1種からなる単層または2種以上からなる複層を
    2〜20μmの平均層厚で化学蒸着法により被覆してな
    る被覆超硬合金工具。 2 炭化タングステンを主成分として含有し、さらに結
    合金属としての鉄族金属のうちの1種または2種以上を
    3〜20重量%含有すると共に、焼結後の超硬合金組織
    中に遊離炭素を0.02〜0.4重量%分散含有し、さ
    らに分散相形成成分としての元素周期表の4aおよび5
    a族金属の炭化物および窒化物のうちの1種または2種
    以上を1〜30重量%含有する超硬合金母材の表面に、
    元素周期表の4aおよび5a族金属の炭化物、炭窒化物
    、炭酸化物、および炭酸窒化物のうちの1種からなる単
    層または2種以上からなる複層を2〜20μmの平均層
    厚で化学蒸着法により被覆してなる被覆超硬合金工具。 3 炭化タングステンを主成分として含有し、さらに結
    合金属としての鉄族金属のうちの1種または2種以上を
    3〜20重量%含有すると共に、焼結後の超硬合金組織
    中に遊離炭素を0.02〜0.4重量%分散含有する超
    硬合金母材の表面に、元素周期表の4aおよび5a族金
    属の炭化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭酸窒化物の
    うちの1種からなる単層または2種以上からなる複層を
    2〜20μmの平均層厚で化学蒸着法により被覆し、さ
    らにその上に元素周期表の4aおよび5a族金属の窒化
    物、並びにAl酸化物のうちの1種からなる単層または
    2種以上からなる複層を1〜5μmの平均層厚で化学蒸
    着法により被覆してなる被覆超硬合金工具。 4 炭化タングステンを主成分として含有し、さらに結
    合金属としての鉄族金属のうちの1種または2種以上を
    3〜20重量%含有すると共に、焼結後の超硬合金組織
    中に遊離炭素を0.02〜0.4重量%分散含有し、さ
    らに分散相形成成分としての元素周期表の4aおよび5
    a族金属の炭化物および窒化物のうちの1種または2種
    以上を1〜30重量%含有する超硬合金母材の表面に、
    元素周期表の4aおよび5a族金属の炭化物、炭窒化物
    、炭酸化物、および炭酸窒化物のうちの1種からなる単
    層または2種以上からなる複層を2〜20μmの平均層
    厚で化学蒸着法により被覆し、さらにその上に元素周期
    表の4aおよび5a族金属の窒化物、並びにAl酸化物
    のうちの1種からなる単層または2種以上からなる複層
    を1〜5μmの平均層厚で化学蒸着法により被覆してな
    る被覆超硬合金工具。
JP2931677A 1977-03-18 1977-03-18 被覆超硬合金工具 Expired JPS597349B2 (ja)

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JPS53114711A JPS53114711A (en) 1978-10-06
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005224914A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp 難削材の高速切削が可能な軸物切削工具

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