JPS60502093A - 切削工具およびその製造方法 - 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】 切削工具およびその製造方法 技術分野 本発明は、金属加工、よシ詳しくは切削工具およびその製造方法に関するもので ある。

先行技術 金属加工技術発展での最近の傾向のひとつは、切削工具の表面に耐摩耗性被膜を 適用することによる切削工具の切削特性の改善である。

これまでに、被膜の適当な化学組成を特別な使用条件に合わせて選定することに よって工具特性を改良することに多くの注意が払われてきだ。しがしな゛がら、 工具特性は被膜の構造を改善することによっても改良されるであ、ろう。

公知の切削工具（英国特許明細書第１．．３０３，９１０号、Ｃ１，Ｃ２３Ｃ１ １１０８，１９７３年１月２４日発行参照）は硬合金（ｈａｒｄ　ａｌｌｏｙｓ ）で作られた本体（ｂａｓｅ）からな９がっ金属およびＣ，Ｎおよび／又はＢ群 の元素を含む耐火性化合物の微結晶がら々る耐摩耗性被膜を有する。このような 切削工具において、耐摩耗性被膜がＴｉ　、　Ｚｒ　、　Ｈｆ　、　Ｖ　、　Ｎ ｂ　、　Ｔａ群からの金属を含んでいる。

知られている切削工具の製造方法（英国特許明細書第１．３０３．９１０号、Ｃ ７，Ｃ２３Ｃ１１／１８．１９７３年１月２４日参照）は、本体を］、、　ＯＯ Ｏ〜１．ｊｏｏ℃の温度に加熱する工程、金属およびＣ，Ｎ、Ｂ群からの元素を 含む反応体（ｒｅａｇｅｎｔｓ）を導入する工程、および切削工具の表面上に被 膜を形成する工程、を含んでなり、この被膜が耐火金属化合物の微結晶を含んで お９、この被膜は反応体に含まれる成分間での化学反応の結果として得られてい る。

しかしながら、上述した方法によって製造された上述の切削工具は高い表面エネ ルギーおよび被加工材との活性な付着的かつ拡散的相互作用に至る要因を有する 。

当業界で公知の切削工具（米国特許第４，１６９，９１．３号、Ｃ１，Ｂ２３Ｂ 　１５／　１８．１９７９年参照）が、Ｃ，Ｎ、ＯＢ群の元素を含んでなる耐火 金属化合物の微結晶を含む耐摩耗性被覆を備えている作用面の本体からなる。

また、知られている切削工具の製造方法（同じ米国特許第４，１６９，９１３号 参照）は、真空環境中で金属を蒸発しかつイオン化する工程、続いて、この真空 環境中へＣ，Ｎ、Ｏ，Ｂ元素を含むガス反応体を導入する工程、および前述の金 属と前述の元素との間の相互作用の結果として耐摩耗被膜の形成最終工程からな る。この方法において、金属を電子ビームによって蒸発させ、金属イオン化のだ めの特殊用途電極を使用し、金属が冷たい表面上でＣ，Ｎ、Ｏ，Ｂ群からの元素 と相互作用する（　ｉｎｔｅｎａｃｔｊｎｇ）。

しかし、この切削工具の製造方法での被膜適用中の温度条件では、冷たい本体に よって金属とＣ，Ｎ　。

０、Ｂ群からの元素とを相互作用させるエネルギーが吸収される結果になり、こ のことは次に高レベルの自由表面エネルギーを有する被膜の形成の結果となシか つ切削工具の耐久性をそこなう。

さらに、この切削工具の製造方法は、金属イオン化の適切な高レベルに達するこ となく金属の蒸発およびイオン化の工程を用いており、このことが高レベルの自 由表面エネルギーを有する被膜の形成に至り、切削工具の耐久性を即に上述した 要因でそこなう０ 当業界に知られている他の切削工具の製造方法（例えば、Ｓ、ＶｕＫａｓｉａｎ ｏｖ著論文、耐摩耗被膜全論文る工具の切削特性の研究およびこの分野での発展 傾向、１９７９４Ｅ、モスクワ、モスコブスキイサタンコーインストルメンタル ニイインスティチュト（Ｍｏｓｋｏｖｓｋｙ　５ｔａｎｋｏ　−Ｉｎｓｔｒｕｍ ｅｎｔａｌｎｙ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔ）、第５０頁、ソビエト連邦）は、少なくと もひとつの金属を真空環境中で蒸発しかつイオン化する工程、少なくともひとつ の金属のイオンによる衝撃（ボンバードメント）によって切削工具本体を加熱し かっその作用面をきれいにする工程、その後にガス反応体を真空環境中へ導入す る工程および附−摩耗被膜を形成するまで少なくともひとつの金属を少なくとも ひとつの元素と相互作用させる工程からなる。

しかし、この切削工具の製造方法さえも最小作用表面自由エネルギーを達成する に寄与せず、作用面の被加工材との強い拡散的かつ付着的相互作用を招く短所が あり、このことは次に先行技術切削工具の耐久性を低下させる。

発明の開示 本発明は、工具耐久性を良くするような被膜の新奇な構造を有する切削工具を提 供することであり、および耐摩耗被膜の適用のだめの温度条件および圧力が切削 工具の耐久性を良くするものである切削工具の製造方法を提供することである。

提供する切削工具は、切削工具本体の作用面が少なくともひとつの金属およびＣ ，Ｎ、Ｏ，Ｂ群からの少なくともひとつの元素を含有する耐火性化合物の微結晶 を含む耐摩耗性被膜を有している切削工具において、本発明によると、少々くと もひとつの金属およびＣ，Ｎ、Ｏ，Ｂ群と付加的なＳｉとからの少なくともひと つの元素を含む耐火性化合物の微結晶の最大数（大部分）が同じ結晶面で本体の 作用面に平行に配向されていることを特徴とする切削工具である。

本発明に係る切削工具において前述の微結晶が配向されている結晶面は最小表面 エネルギーを有するものであることは有利である。

提供する切削工具の製造方法は、少なくともひとつの金属を真空環境内で蒸発さ せかつイオン化する工程、少なくともひとつの金属のイオンによる衝撃によって 切削工具の本体（ｂａｓｅ）を加熱しかつその作用面（ｗｏｒｋｉｎｇ　５ｕｒ ｆａｃｅ）をきれいにする工程、およびガス反応体を導入しかつ少なくともひと つの金属を少なくともひとつの元素と相互作用させてこれらの化合物で作られか つ微結晶を含んでなる耐摩耗性被膜を形成する工程、を含んでなる切削工具の製 造方法において、本発明によると、切削工具の本体をその軟化温度より下の１０ ０℃以内の温度に加熱しかつ加熱温度を被膜形成中は＋５０℃から前述の温度ま での範囲内に維持し、そしてガス反応体の圧力を１．３．３３〜１．３３　Ｘ　 １０　Ｐａの範囲内に維持することを特徴とする切削工具の製造方法である。

図面の簡単な説明 以下、添付図面に関連した本発明の特定実施態様例を参照して本発明を説明する 。

第１図は提案された方法に従って製造された切削工具の概略図（一部切断図）で あり、 第２図は本発明に係る最小表面エネルギーを有する微結晶の結晶面を有する第１ 図の切削工具の概略図（一部切断図）である。

発明を実施するための最良の形態 図面を参照して、本発明の主題を形成している切削工具°は本体１（第１図）を 含んでなり、この作用面２がＴｉＮ化合物によって形成された被膜３を有してい る。

第１図は本体１と平行に同様な結晶面４で配向されたＴｉＮ微結晶の拡大概略図 である。

第２図は本体１と平行に最小表面エネルギーを有する結晶面５で配向されたＴｉ Ｎ微結晶の拡大概略図である。

本発明に従って切削工具を製造する提案方法は少なくともひとつの金属を真空環 境中で蒸発させかつイオン化する工程を含んでいる。その後に、切削工具の本体 を加熱しおよびその表面を金属イオン衝撃によってきれいにする。切削工具の本 体をその軟化温度よシ下で１００℃以内の温度まで加熱する。被膜形成中の本体 加熱温度を＋５０℃からこの温度までの範囲内に維持する。次に、元素Ｃ，Ｎ、 Ｏ，Ｂ、Ｓｉを含むガス反応体を導入し、その圧力を１３．３３〜１．３３Ｘ１ ０−２Ｐａの範囲内に調節し、続く工程は少なくともひとつの金属とＣ，Ｎ、Ｏ ，Ｂ、Ｓｉ群からの少なくともひとつの元素との間の相互作用であり、このこと は少々くともひとつの金属およびＣ，Ｎ、　Ｏ，Ｂ、　Ｓｉ群からの少なくとも ひとつの元素を含んでなる耐火性化合物の微結晶を含む耐摩耗性被膜の形成の結 果となシ、この微結晶は本体の作用面と平行に同じ結晶面で配向されている。

本発明の主題を形成している切削工具は次のようにして働く。

金属加工中は耐摩耗性被膜３（第１図および第２図）が切削領域内に発生する高 温高圧条件下で金属加工片と相互作用する。本体１の作用面２に平行に同じ結晶 面４で微結晶の最大数の配向が本体１の作用面２の自由エネルギτを減小させる ことを可能に・し、作用面２と被加工材料との間の分子間相互作用の強度を下げ る特色がある。

微結晶が配向されているところの結晶面５が最小表面エネルギーを有するときに 、分子間相互作用を最小にし、切削工具の耐久性をさらに高める利点がある。本 発明が良く理解できるように下記例を示す。

例１ 直径５圏のドリルおよびＸ線回析分析用試験片が下記組成の鋼被覆で作られてい た。

ＣＣｒ　Ｗ　Ｖ　Ｍｏ　Ｆｅ Ｏ，８５３，６６，０２，０５，０残部鋼の焼戻し温度（軟化温度に相当）は５ ６０℃であった。

ドリルおよびＸ線回折分、析される試験片のよごれを洗浄し、これらを特別な容 器内に置き、そして真空室内に同時に入れた。この真空室内にはチタン陰極が設 置されていた。真空室内を６．６５Ｘ１０−３Ｐａの真空にした後でアークを発 生させた。このようにしてチタンが蒸発してイオン化する。

ドリルおよびＸ線回析分析される試験片に負電圧を印加して正電荷のチタンイオ ンが加速される。チ撃（ボンバードメント）が作用面をきれいにしかつ本体を加 熱するのに使用された。次に、ドリルおよび試験片への印加電圧を下げた。同時 に窒素を真空室内へ導入した。この窒素がチタンと反応することによって微結晶 からなる耐火性化合物（ＴｉＮ）の被膜を形成した。ＴｉＮ被膜をドリルの作用 面および試験片の表面に異なる加熱条件下でかつ異なる窒素圧力にて適用した。

新らしいセットのドリルおよび新らしい試験片を各試験形態で使用した。耐火性 化合物（ＴｉＮ）の微結晶の配向度（ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉ ｏｎ）を、最小表面エネルギ〒を有する微結晶の結晶面（ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇ ｒａｐｈｉｃｐｌａｎｅ　）　４　（５）からのＸ線の回折ピークの高さに関し て試験片のＸ線回析分析を行なうことによって評９ 価した。所定シリーズの実験で結晶面４（５）からのＸ線の回折ピークの最大高 さは１．０　ＯＳとなるように採用された。他の実験では、上述の高さを、Ｔｉ Ｎ微結晶を含む上述の面における回折ピークの高さを評価する参照に用いた。

耐火性化合物ＴｉＮの被膜を有する各ロノ）・の５本のドリルの仕上げ品で下記 組成の鋼に１５て深さの穴を明ける試験を行なった。

Ｃ、Ｆｅ ０．４２−０．４９　残部 直立ボール盤を下記運転条件で使用した。

速度：　Ｖ　＝　４．５ＴＴｙ／ｍｉｎ送ｐ：ｓ＝０．１３τ ロットのドリルおよびＸ線回析分析用試験片を試験して得られた結果を表に示し 、結果は異々る９種の運転条件下で作られた。試験結果は、ドリルの最高耐久性 が次の条件下で得られたことを示す。条件とは、窒素導入前のドリル本体加熱温 度が５００ないし５５０℃；　］、、　１．９　Ｐａの窒素圧力；およびチタン が窒素と反応するときのドリル加熱温度が＋５０ないし５００℃であった。ドリ ルが微結晶を含む耐火性化合物ＴｉＮの被膜を有し微結晶の最大数が結晶面４（ ５）で本体の作用面と平行に配向された場合に、最高耐久性が得られた。

１０　特表昭ＧＯ−５０２０９３（４）例２ 直径５爺のドリルおよびＸ線回析分析される試験片が作られていた。使用した硬 合金は下記組成であったＯ ＷＣＣ。

９２％　残部 軟化温度はｔ＝７００〜７２０℃であった。

ドリルおよびＸ線回析分析される試験片を真空室内へ装填した。この真空室には ５０％Ｔｉおよび５０％Ｈｆの合金で作られた陰極が入っていた。被膜が例１と 同じようにして適用され、唯一の差異は真空室内に設置された陰極が５０係Ｔｉ および５０％Ｈｆであったことである。ドリルおよび試験片の表面を異なる加熱 条件および異なる窒素圧力下にて耐火性化合物（Ｔｉ、Ｈｆ）　Ｎで被覆した。

この難融化合物の微結晶の配向度を例１の場合と同じように評価した。

耐火性化合物（Ｔｉ、Ｈｆ）　Ｎの被膜を有する各ロットの５本のドリルの仕上 げ品で下記切削条件下で直立ボール盤にて黒鉛に穴を明ける試験を行なった。

速度：　Ｖ　＝　６８　ｍ　／　ｍｉｎ送シ：Ｓ＝０．１８胡／回転 穴深さ：１６爺 ドリルおよびＸ線回析分析される試験片を異なる使用条件下で試験して得られた 結果を表に示す。

試験結果は、ドリルの最高耐久性が次の条件下で得られたことを示す。条件とは 、窒素導入前の硬合金本体加熱温度が６００ないし７００℃；　６．６５Ｘ］０ 　’Ｐａの窒素圧力；被膜が適用されたときには硬合金本体加熱温度が１００〜 ６００℃であった。微結晶を含む耐火性化合物（Ｔｉ、Ｈｆ）Ｎの被膜であって 微結晶の最大数が巌小表面エネルギーを有する面４（５）で本体の作用面と平行 に配向されたこの被膜を有するドリルの場合に、最高耐久性が得られた。

ＴｉＮり之　５００　４００　１．３３Ｘ１０”　４．０　４５０　１．．０化 合物で被　２６６刈ｏ２ ５５０　４０　３．９９Ｘ１０　’　３０　４５０　］、、０５５０　５０　３ ．９９Ｘ１０　’　８０　７００　１．６５５０　４００　３．９９Ｘ１０’　 ９０　７５０　］、、７１ ５５０　５００　３．９９Ｘ］、０　１００　８００　１．．８耐火性膜合　６ ５０　６００　］、、３３ｘ川−２４０４，１，Ｏ］、、８物（ＴｌＨｒ）Ｎ６ ５０　６００　６．６５Ｘ１０　”　６０　５００　２．０８６５０　４０　６ ．６５Ｘ１０　”　３０　２６０　１．１６５０　８０　６．６５Ｘ１０”　６ ０　５００　２．１６５０　１００　６．６５Ｘ１０　”　８０　７５０　３． １６５０　５００　６．６５Ｘ１０−１１００　１．０７０　４−．４１ ７５０　５００　６．６５Ｘ１０　１００　８００　３．３産業上の利用可能性 本発明は各種の工具材料で切削工具を作るのに用いられるであろう。

ＦＩ６．２ 第１頁の続き ＠発明者　シェド　ビクトル　ペトロピッチ ０発　明　者　シネルシコフ　アンドレイ　カルロビツチ ０発　明　者　ボヤルナス　アルベルト　ミハイロピッチ ０発　明　者　レイン　アナトリイ　ミハイロピッチ ０発　明　者　ステプノフ　エブゲニイ　ミノ１イロビツチ ソ連国、　１１９０４８．モスクワ、ウチェブニイ　ペル０．ディー、２゜クバ ルチーラ　５７ ソ連国、１９５４９９．モスクワ、クロンシタドラキイ　ブールバール。

ディー、３９．コルプス　２．クバルチーラ　３５４ソ連国、　３１００９７． ハルコフ、ウリツア　シエルドロバ、ディー、１４、クバルチーラ　７３ ソ連国、　１０５１１８．モスクワ、イズマイ口フスコエショースイ、デ・−０ ６，クバルチーラ　７１ ソ連国、　１２７４２７．モスクワ、ボタニチェス力ヤウリツア、ディー。

１９“ビー”、クバルチーラ　２０７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　切削工具本体の作用面が少なくともひとつの金属およびＣ，Ｎ、Ｏ，Ｂ群か らの少なくともひとつの元素を含有する耐火性化合物の微結晶を含む耐摩耗性被 膜を有している切削工具において、少なくともひとつの金属およびＣ，Ｎ、Ｏ， Ｂ群と付加的に含まれるＳｉからの少なくともひとつの元素を含む前記耐火性化 合物の微結晶の最大数が同じ結晶面（４，、５）で前記本体（１）の前記作用面 （２）に平行に配向されていることを特徴とする切削工具。 ２、前記微結晶が配向されているところの前記結晶面（４，５）が最小表面エネ ルギーを有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の切削工具。 ３、少なくともひとつの金属を真空環境内で蒸発させかつイオン化する工程、前 記少なくともひとつの金属のイオンによる衝撃によって切削工具の本体（１）を 加熱しかつその作用面（２）をきれいにする工程、およびガス反応体を導入しか つ微結晶を含む耐火性化合物で耐摩耗性被膜を形成するまで前記少なくともひと つの金属を少なくともひとつの元素と相互作用させる工程、を含んでなる請求の 範囲第１項に係る切削工具を製造する方法において、前記切削工具の本体（１） をその軟化点より下の１００℃以内の温度に加熱しかつ前記被膜（３）形成中は ＋５０℃から前記温度までの範囲内に維持し、そして前記ガスの圧力を１．３． ３Ｐａから１．３３　Ｘ　１．０−２Ｐａまでの範囲内に維持することを特徴と する切削工具の製造方法０