JPS6057964B2

JPS6057964B2 - 切削工具

Info

Publication number: JPS6057964B2
Application number: JP52075525A
Authority: JP
Inventors: 本祖名取; 哲治塚本
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1977-06-27
Publication date: 1985-12-18
Also published as: JPS5410491A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、Ｍｏ系の高速度鋼からなる切削工具に関し、
特に、その切削作用面上にコーティング層を付与して切
削性能を向上させたものてある。

従来、工具鋼、高速度鋼にＴｉの炭化物（以下ＴｉＣと
いう）、Ｔｉの窒化物（以下ＴｉＮという）、Ｔｉの炭
窒化物（以下ＴｉＣ−Ｎという）からなる固溶体を気相
反応により析出させ耐摩耗工具や切削工具に使用するこ
とは公知である。しかし、切削工具として使用した場合
、高温下での気相反応による母材の硬さ低下などがあつ
たり、また気相反応後母材の硬さを向上させるため熱処
理を行なうことによつてコーティング層もしくはコーテ
ィング層と母材との境界面に損傷を与えることがある。

この結果、前者では、コーティング層の摩滅後に異常摩
耗が進行し、あるいは刃先の塑性変形等が生じる。

また後者では、切削性能の向上が認められるもののコー
ティング層の剥離などが生じ不具合となる。また、一般
に高速度鋼にコーティング層を付与”した切削工具につ
いては、以下のような３つの具備すべき条件がある。

（１）コーティング層が母材より硬く耐摩耗性があるこ
と。

（２）コーティング層と母材とが強固に固着され、切削
時の衝撃等によりコーティング層が剥離しないこと。

（３）母材自体の切削特性を悪化させないと。

従来の公知例では、（１）はともかく（２）、（３）に
ついては、必ずしも満足できるものではなかつた。本発
明は、上述の点に鑑みなされたもので、切削作用面には
、気相反応によりコーティング層が形成されるようにし
た高速度鋼からなる切削工具において、前記コーティン
グ層は、切削作用面側から内層および外層が付与され、
しかも前記母材とともに焼入れ、焼戻し処理された２層
構造をなし、その内層は２μｍ以下（Ｏを含まず）のＴ
ｉの炭化物からなり、その外層は、１〜５μｍのＴｉの
炭窒化物の固溶体からなつているとともに、Ｔｌの炭化
物とＴｉの窒化物との容積比が２：８〜７：３の範囲内
にあるようにしたものである。また前記高速度鋼は、Ｍ
Ｏ３．５〜９．５重量％を含有するＭＯ系のものからな
るものである。この結果、コーティング層およびコーテ
ィング層と母材との境界面に損傷を与えず、コーティン
グ層と母材とがより強固に接着するものである。また母
材自体の切削特性を十分に発揮させ、著るしい切削性能
の向上がもたらされたものである。以下、本発明切削工
具における一実施例について説明する。本発明の切削工
具は、少なくとも切削作用面には、コーティング層が付
与される。

このコーティング層は、内層および外層の２層構造から
なり、内層は、Ｔｉの炭化物で、外層は、Ｔｉの炭窒化
物の固溶体からなつている。この場合、ＴｉＣ，ＴｉＮ
の硬さは、マイクロビッカースでそれぞれ２９００，２
０００であり、高速度鋼のマイクロビッカース硬さ８０
０〜９００と比べて２倍以上ある。そして、ＴｌＣ・Ｎ
からなる固溶体は、その成分比に比例して中間の値とな
るため十分硬く、耐摩耗性、耐熱性とも高速度鋼よりも
優れている。また、内層にＴｌＣを利用したのは、母材
とＴｌＣ−Ｎからなる外層との接着強度を改善するため
てある。

外層については、ＴｉＣ（５ＴｉＮとの容積比が２：８
〜７：３の範囲内で設定される。

これは、前述したようにＴｉＣの方がＴｉＮより硬く、
その結果耐摩耗性の面では優れているが、高速度に対す
る熱膨張係数の大きいことの配慮からである。すなわち
、ＴｉＣ，ＴｉＮの熱膨張係数は、それぞれ７．４×１
０−６／℃，９．３５×１０−６／゜Ｃであり、高速度
鋼の熱膨張係数が１１〜１２×１０−６／℃であるため
、特にＴｌＣと高速度鋼との差が大きくなつているから
てある。このため、ＴｉＣのみのコーティング層の場合
には、熱膨張係数が大きく、コーティング層中にクラッ
クが入りやすくなる。このようなことから、内層として
のＴｌＣは剥離性を活かすため２μｍ（０を含まず）ま
での層厚とした。一方ＴｉＣ−Ｎの固溶体からなる外層
は、熱膨張係数が、成分比に比例して、その中間の値と
なり、外層にクラックが発生しない範囲は、各種の試験
から容積でＴｉＣ７Ｏ％までである。

これに対し、ＴｉＮは、熱膨張の面ではＴｉＣよりも有
利である。しかし、ＴｉＮのみではＴｉＣ−Ｎの外層に
比べ、硬さが低くなり、耐摩耗性も悪くなるのでＴｉＮ
の比率も限定を受けその範囲は容積でＴｉＮ８Ｏ％まで
である。ＴｉＣ−Ｎのコーティングは、通常１０００℃
〜１１００℃位の温度で行なわれ、一方高速度鋼の焼入
れ温度はこれよりも高い。

前述したように、母材である高速度鋼と外層とは熱膨張
差があり、焼入れのｌためコーティング温度よりさらに
高温まで加熱することは、熱膨張差をさらに拡大するこ
とになり望ましくない。したがつて、なるべく低温で焼
入れすることが望ましい。しかし、一方高速度鋼自体の
切削性能の面から−みれば、焼入れ時に共晶組織発生温
度近くの高温まで加熱し、オーステナイト基質に炭化物
を十分固溶させ、焼戻し時に炭化物を再析出させること
が望ましい。

そして、高速度鋼の含有元素の種類、量により最適な焼
入れ温度が決つている。し”たがつて、コーティング用
高速度鋼の母材としては、最適焼入れ温度がなるべく低
いことが望ましい。このような高速度鋼は、ＭＯ系の高
速度鋼に限定される。ＭＯ系の高速度鋼は、Ｗ系の高速
度鋼に比べて共晶組織の発生温度が低く、低温でも炭化
物がオーステナイト基質に十分固溶する。そして、Ｗ系
の高速度鋼の焼入れ温度は、１３００℃位なのに対し、
ＭＯ系の高速度鋼は１２００℃位の焼入れ温度て十分母
材の切削性能が発揮できる。この１００゜Ｃの差は、母
材とコーティング層の接着強度に大きな影響を与える。
１３００℃位で焼入れするとコーティング層中にクラッ
クが入り剥離しやすくなるのに対し、１２００′Ｃ位で
焼入れするとコーティング層中にクラックも入らず十分
切削中の衝撃力に耐えコーティング層が剥離しないから
である。

本発明の切削工具は、前述したようにＭＯ系の高速度鋼
からなつているが、ＭＯの含有量は３．５〜９．５重量
％であることが必要である。

ＭＯが３．５重量％以上てあるのは、これ以下の量では
焼戻し時に二次硬化を示さず、母材としての性能が悪く
なるためである。また、ＭＯが９．５重量％以下である
のは、これ以上ＭＯを増加しても切削性能が向上せず、
むしろ母材の靭性が低下するからである。さらに、本発
明の切削工具は、内層および外層からなるコーティング
層の厚みを限定することにより、コーティング層と母材
との剥離性を向上させている。コーティング層と母材と
の熱膨張差の弊害については、外層のＴｉＣとＴｉＮの
比率、焼入温度等だけで対策をとつたのでは不十分でコ
ーティング層の厚みも配慮しなければならない。この理
由は、外層が厚いと焼入れ時に、微小クラックが入りや
すく、特に断続切削のようにくり返しの衝撃荷重が加わ
るような場合は、外層が剥離しやすくなるからである。
すなわち、第１図は、端面断続切削における外層の層厚
と剥離の関係を示したものであり、層厚７μｍ以上では
全数剥離し、７〜５μｍでは、外層が薄くなるにつれて
剥離しにく）なり、５μｍ以下では剥離しないからであ
る。

したがつて、外層が剥離しないで十分にその性能が発揮
できるのは、５μｍの厚みまでである。

また、層厚の下限を１μｍとしたのは、これ以下の厚み
では薄すぎて耐摩耗性の効果が殆どないためである。以
下、本発明切削工具における実施例および比較例につい
て説明する。

試験母材としては、第１表のような成分のものを適用し
た。

また、焼入れ温度、コーティング層の厚み、容積％、切
削試験結果については、第２表にみられる如くである。

なお、第２表におけるコーティングは、温度１０５０′
Ｃでメタン流量を変えてＴｌＣ／ＴｉＮの比を変化させ
たものである。切削試験は、第２図で示されるようなス
ロットを形成した被削材について、端面断続切削試験を
適用したものである。

この場合、被削材は、Ｓ５５Ｃ（Ｈ，３６）であり、そ
の形状は、外径Ｄ１＝１９６Ｔ１ｒ１ｎφ、内容Ｄ２＝
７０ｍ！ｎφ、スロット巾Ｗ＝４瓢としたものである。
また切削条件は、切削速度Ｖ＝１５〜３０ｎ１／Ｍｉｎ
，送りｆ＝０．１０１Ｔｎ！ｎ／ＲｅＶ，切込みｄ＝１
．０Ｔｎ１ｎで乾式切削であり、表中の摩性巾は、端面
切削を１回（９分５＠）行なつたものである。

この結果は、第２表からも明らかなようにＴｉＣの比率
が高いＮＯ．ｌＯは、コーティング層が剥離した。

またＮＯ．９は、剥離はなかつたが摩耗が大きかつた。
さらにＮＯ．ｌｌ，ＮＯ．ｌ２は、熱処理温度が高く、
熱処理時にコーティング層にクラックが入つていたため
切削開始直後にコーティング層が剥離し、摩耗が非常に
大きくなつた。また、コーティング層の内層、外層の層
厚については、内層が２μｍ以下、外層が１〜５μｍの
範囲が好適することも確認した。

なお、ＳＫＨ５５，ＳＫＨ９，ＳＫＨ２のコーティング
なしの切削工具で、同一の切削条件で切削したが、平均
逃げ面摩耗巾および最大逃げ面摩耗巾は、それぞれ０．
４〜０．６，０．７〜０．８であつた。

この結果、本発明の切削工具の効果が顕著であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コーティング層と剥離率の関係を示した曲線
図、第２図は端面断続切削における被削材を示し、ａは
正面図、ｂは右側面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１切削作用面には、気相反応によりコーティング層が
形成されるようにした高速度鋼からなる切削工具におい
て、前記コーティング層は、切削作用面側から内層およ
び外層が付与され、しかも前記母材とともに焼入れ、焼
戻し処理された２層構造をなし、その内層は、２μｍ以
下（０を含まず）のＴｉの炭化物からなり、またその外
層は、１〜５μｍのＴｉの炭窒化物の固溶体からなつて
いるとともに、Ｔｉの炭化物とＴｉの窒化物との容積比
が２：８〜７：３の範囲内にあり、前記高速度鋼は、Ｍ
ｏ３．５〜９．５重量％を含有するＭｏ系のものからな
つていることを特徴とする切削工具。