JPS62278267A - 表面被覆ＴｉＣＮ系サ−メツト - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は特に切削工具として用いた場合、優れた切削性
能を示す表面被覆ＴｉＣＮ系サーメットに関する。

〔従来の技術〕

一般に鋼の切削に際して高速切削化及び高能率切削化に
対応するため、種々の工具材料が実用化されている。現
在、主にＷＣ又はＴｉＣＮなどを硬質金属とし、Ｆｅ族
金属を結合相とする超硬合金やサーメット、さらにこれ
らにＴｉＣやＡＱ２０、等の硬質物質を被覆した表面被
覆超硬合金が使用されている。

特に従来のＴｉＣＮ系サーメットは原料が安価であるば
かりでなく、高温における耐酸化性や化学的親和性が小
さいため耐摩耗性の優れた切削工具として使用されてい
るが■靭性に乏しく耐欠損性に劣る■高温高圧化におけ
る変形が大きい■熱疲労特性がＷＣＣ超超硬合金比較し
劣る。などの事がらより使用範囲が限定されていた。

上述のようにＴｉＣＮ系サーメットにおいて、高速切削
等の熱衝撃を受ける様なところ、又はフライス切削等の
熱疲労を受ける様なところで使用する場合はＷＣＣ超超
硬合金比較すると、ＴｉＣＮ系サーメットは耐熱性、耐
酸化性、耐溶着性に優れるが塑性変形を起こしやすいこ
とは経験的に知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の欠点を解消するためには材料自体の強度特に耐熱
強度の向上が必須である。

表面被覆により若干の切刃の温度低下（摩擦熱の発生の
減少）の効果はあるがＴｉＣＮベースの合金はＷＣベー
スに比較し本質的に不利である。

耐熱強度を上げるためには硬質相、結合相又は硬質相−
結合相の界面を強化する必要がある。硬質相の強化には
Ｔｉと同族のＺｒ、Ｈｆの固溶強化が知られている。結
合相の強化にはＹ２Ｏ３２ＡＩＮ等の分散強化が知られ
ている。

硬質相−結合相の界面強化は一種の耐クリープ変形と考
えられる。即ち硬質相−結合相の界面の滑りを阻害する
添加物を加えれば良い。その効果を有する元素は原子半
径が２０〜３ｏ％異なり粒界偏析を生じゃすいＢ、Ｍｇ
などである。しかしこれらの添加元素は材料自体の靭性
を阻害し、いちぢるしく強度を低下させる。

〔問題点を解決するための手段〕

サーメットの硬質相を結合するＦｅ族、Ｃｒ族からなる
結合金属と、硬質相を主として形成するための金属成分
および非金属成分とから成り、前記結合金属はＦｅ族、
Ｃｒ族の１種又は２種以上；１０〜２０％、前記硬質相
を主として形成するための金属成分はＴｉを主成分とし
、Ｔｉを除く周期律表ＩＶ　ａ　、　Ｖ　ａ　、　ＶＩ
　ａ族のうちの１種又は２種以上及び非金属成分はＣＮ
からなり、金属成分と非金属成分の比は０．８〜１．０
７で構成される複炭窒化物相；８０〜９０ｗｔ％を基体
としＴｉＣＮ及び／又はＴｉＮを１〜１５μｍ被覆して
なるサーメットにおいて、基体（硬質相、結合相）中に
Ａｌ化合物を０．０５〜５．０％存在させた事を特徴と
する表面被覆ＴｉＣＮ系サーメットである。

本発明の硬質相は、従来の（Ｔ　ｉ　、　Ｍ）　ＣＮ（
ＭはＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属）で表わされるよう
に有芯構造をなしさらにサーメットの性能向上を計るた
め、基体（硬質相、結合相）中にＡｌ化合物を存在させ
る。さらに硬質相−結合相の界面強化には硬質相を球状
化させると共に粗粒化させ、さらに結合相中に部分的に
固溶しなくてはならない。そのため種々な添加物につい
てＴｉＣＮ−ＷＣ−ＴａＣ−Ｍｏ−Ｎｉ／Ｃｏ系のサー
メットにおいて検討した。その結果Ａｌ化合物を含有す
る複炭窒化物を使用する事により実現された。

即ち硬質相中にＡｌＣＮを微量含有させると焼結過程に
おいて硬質相を球状化させ、その一部は結合相中に溶は
込み結合相を強化するとともに硬質相−結合相の界面の
耐クリープ性を向上させる。

Ａｌ化合物は硬質相中及び結合相中に存在し、硬質相中
にはＴｉ中に固溶し及び結合相中にはＮｉ／　Ｃｏ中に
固溶している。

〔作用〕

以下に数値限定した理由を説明する。

■炭窒化物の含有量 その含有量が８０％未満では、所望の優れた耐溶着性、
耐熱性を合金に付与する事ができず、一方９ｏ％を超え
ると相対的に結合金属の含有量が低下し、所望の靭性を
付与することが出来なくなるためその含有量を８０〜９
０％と限定した。

さらに金属部分と非金属部分の比Ｗを０．８〜１．０７
としたのはこの比が０．８未満では硬質相がＭｇＣタイ
プの複炭化物と共存し、１．０７を超えるとフリーカー
ボンと共存し、共に靭性の低下の原因となるためである
。

■Ｆｅ族金属、Ｃｒ族金属の含有量 Ｆｅ族金属、Ｃｒ族金属の含有量が１０％未満では１合
金に十分な靭性を与えることができず。

一方２０％を超えて含有すると合金の耐塑性変形性が劣
化するため、その含有量を１０〜２Ｑ％とした。

■被覆層 被覆層はＴｉＣＮ及び／またはＴｉＮの単層及び／また
は多層の１〜１５μｍで構成する。１μｍ未満では所望
の耐摩耗性を付与することができず、また１５μｍを超
えると皮膜の耐剥離性が劣化し皮膜自体が使用初期に剥
離しやすくなるため１〜１５μｍとした。さらに被覆方
法は化学蒸着法の一種である低温化学蒸着法が好ましい
がプラズマ化学蒸着法、物理蒸着法でも同様の被覆効果
が得られている。また皮膜の層構造はＴｉＣＮ及び／又
はＴｉＮの単層、ＴｉＣＮ−ＴｉＮの複層、ＴｉＣＮ−
ＴｉＮ−ＴｉＣＮ等の積層でも良いが被覆方法との関連
により選択すべきである。

■Ａｌ化合物 Ａｌ化合物の添加量をｏ、０５〜５．０％としたのは０
．０５％未満では所望の優れた耐熱性を合金に付与する
事ができず、一方５．０％を超えると添加量が多くなり
すぎ結合相中で金属間化合物（ＮｉＴｉ、Ｎ１Ａｌ）を
生成し、所望の靭性を付与することが出来なくなるため
その含有量を０．０５〜５．０％と限定した。

以下、実施例について説明する。

〔実施例〕

実施例１ （Ｗ、Ｔｉ）ＣＮとＡｌを所定の比に混合後１０００℃
真空中２時間保持シテ（Ｗ、　Ｔ　ｉ　。

Ａｌ）ＣＮの固溶体を製造した。次に処理した固溶体を
ジェットミルで粉砕し、平均粒度１．０−１．５μｍの
固溶体粉末を作成した。市販のＴｉＣＮ粉末（平均粒度
１μｍ）ＴａＣ粉末（同１．２μｍ）ＭＯ粒粉末同１μ
ｍ）、Ｃｏ粉末（同１μｍ）Ｎｉ粉末（同１μｍ）を用
意し、これらと固溶体粉末を第１表に示す組成に配合し
、ボールミル中で湿式粉砕、混合を９６時間行ない、乾
燥処理後１丁ｏｎ／ｃｄの圧力でプレス成形した。

次に真空中１４００”Ｃで焼結し、研磨した後、化学蒸
着法によりＴ　ｉ　ＣＮを２μｍ被覆して本発明の切削
用チップを製造した。

そのチップを用いて下記の条件で切削試験を行ない、そ
の性能を評価した。

■寿命試験 被削材　　　５０Ｍ４４０　　（Ｈｓ４０）チップ　Ｓ
ＮＭＮ４３２　（ホーニング０．０３＋ｎｍ）切削速度
　　２００　ｍ　／ｍｉｎ 送り　　　　　０　、２　ｒｍ／ｒｅｖ切り込み　　２
閣 切削時間　　１０ｍ１ｎ 評価　　　　逃げ面摩耗、すくい面摩耗深さ■耐欠損性
試験 被削材　　　５０Ｍ４４０　　（Ｈｓ４０）（４ツ溝入
） チップ　ＳＮＭＮ４３２　（ホーニング０．０３ｍｍ）
切削速度　　１００ｍ／＠ｉｎ 送り　　　　　０　、３〜１．０　ａｍ／ｒｅｖ切り込
み　　２画 切削時間　　１　ｎｉｎ 評価　　　　０　、３　ｍｍ／ｒｅｖより開始し、クリ
アーした場合には、０．０５ｍｍ ／ｒｅｖ送りを上げさらに切削状 験を続は順次送りを増加した。

これらの測定結果を第２表に示す。

第２表に示される結果より、本発明合金は基体中にＡｌ
化合物を存在させる事により耐摩耗性と靭性を兼ね備え
た性能を示す事が明らかである。

実施例２ 実施例１で用いた試料番号３のチップを用いて低温化学
蒸着法によりＴｉＣＮ、ＴｉＮを多層被覆した。

膜厚が厚くなるにつれ膜質が粗くなるためＴｉＣＮ又は
ＴｉＮの単層の厚さを２μｍ以下になるように調整し皮
膜の異常成長を防止した。層構造　　□及び膜厚の結果
を第３表に示す。

次に耐摩耗性、耐衝撃性を比較するため実施例１と同条
件で切削試験を行なった。その結果を第３表に併記した
。

第３表から明らかなように被覆相、中間層の相乗効果に
より耐熱性、耐摩耗性、耐溶着性に優れた切削性能を示
した６さらに実施例３により、本発明が広い汎用性を持
っていることも明らかである。

上記実施例では、被覆法として低温化学蒸着法を使用し
ているがプラズマ化学蒸着法、物理蒸着法等の方法を使
用しても同様の効果が得られている。

実施例３゜ （Ｗ、Ｔｉ）ＣＮとＡｌを所定の比に混合後１８００℃
真空中２時間保持して（Ｗ、Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮの固溶体
を製造した。次に処理した固溶体をジェットミルで粉砕
し、平均粒度１．０〜１．５μｍの固溶体粉末を作成し
、実施例１で使用した粉末を用いて第４表に示す組成に
配合し、ボールミル中で湿式粉砕、混合を９６時間行な
い、乾燥処理後ＩＴｏｎ／ａＪの圧力でプレス成形した
。

次に真空中１４００℃で焼結し、研磨した後硬さ抗折力
を測定した。その結果も第４表に併記した。

つぎにそのチップを用いて化学蒸着法でＴｉＣＮ−Ｔ　
ｉ　Ｎ−Ｔ　ｉ　ＣＮを、５μｍ被覆した。

そのチップを用いて１枚刃の切削試験を下記の条件で行
ない、その性能を評価した。その結果を第５表に示す。

比較のために本発明合金８の基体も行なった。

寿命試験 被削材　　　５ＫＤ６１　　（Ｈｓ４０）チップ　５Ｎ
ＣＮ４３２　（ホーニング０．０３ｍ）カッター　６’
　　（ＤＮ型、コーナー角２５＠）切削速度　　２００
　ｍ／ｍｉｎ 送り　　　　　０　、２　ｔｍ　／　ｔｏｏｔｈ切り込
み　　２ｍ 切削時間　　１０ｍ１ｎ 評価　　　　逃げ面摩耗 切削条件は中仕上切削に近い条件であるが本発明の表面
被覆サーメットは面粗さが長期にわたり良く、特に高速
切削の損傷として間頭となるクレータ−損傷に伴う面粗
さの劣化が少ないため高品位の面が得られた。

〔発明の効果〕

本願表面被覆ＴｉＣＮ系サーメットは、基体（硬質相、
結合相）中にＡｌ化合物を存在させる事によりサーメッ
ト自体の耐熱強度を向上し、ＴｉＣＮ及び／又はＴ　ｉ
　Ｎの表面被覆の効果を発揮する事により耐摩耗性、耐
熱性、耐溶着性が大巾に向上し切削工具として好適なも
のである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硬質相を結合するＦｅ族、Ｃｒ族からなる結合金属と、
   硬質相を主として形成するための金属成分および非金属
   成分とから成り、前記結合金属はＦｅ族、Ｃｒ族の１種
   又は２種以上；１０〜２０％、前記硬質相を主として形
   成するための金属成分はＴｉを主成分とし、Ｔｉを除く
   周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ族のうちの１種又は２種以上
   及び非金属成分はＣ、Ｎからなり、金属成分と非金属成
   分の比は０．８〜１．０７で構成される複炭窒化物相；
   ８０〜９０ｗｔ％を基体としＴｉＣＮ及び／又はＴｉＮ
   を１〜１５μｍ被覆してなるサーメットにおいて、基体
   （硬質相、結合相）中にＡｌ化合物を０．０５〜５．０
   ％存在させた事を特徴とする表面被覆ＴｉＣＮ系サーメ
   ット。