JPS62280362A - 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、Ｔｉを主成分とする切削特性の著しく改善さ
れた表面被覆ＴｉＣ系サーメットに関する。

〔従来の技術〕

従来公知の炭窒化チタンを主成分としたサーメットは原
料が安価であるばかりでなく、高温における耐酸化性や
金属との化学的親和性が小さいため、耐摩耗性の優れた
切削工具として特に鋼の高速切削に使用されているが、
主として次の４つの欠点を有するためその応用範囲が限
られていた。

その第一の欠点は靭性に乏しく欠けやすいところである
。たとえば工作機械の剛性の低い場合にはＷＣ基合金に
比較し欠けやすい事は事実である。

その第二の欠点は高温高圧化における刃先の塑性変形が
大きい事である。実際の重切削では刃先の温度が高くな
るのでＴｉＣ基合金では刃先の変形が著しくなり、゛切
削に耐えなくなる。そのためＴｉＣ基の合金が仕上切削
に限定される主原因である。

その第三の欠点はフライス切削に見られる熱疲労による
クラックの発生抵抗及び伝播抵抗がＷＣ基合金に比較し
小さい点である。そのため非定常的な熱の加わる切削や
上記のフライス切削などでは不安定である。

その第四の欠点はＴｉＣをベースとしている事、及びＮ
１が結合相中に含まれているため、化学蒸着法又は物理
蒸着法により切削特性の優れた被覆処理ができない事で
ある。化学蒸着法はＮ１の拡散に伴う粒子の異常成長の
ため緻密で耐摩耗性に優れる皮膜が得られない。さらに
物理蒸着法は低温すぎるため皮膜が密着せず剥離しやす
い欠点がある。

上述のような４つの欠点を改良すべく様々な研究がなさ
れてきた。その第一の欠点に対しては靭性−周辺組織の
高靭性化によるサーメット自体の強度を向上させた点で
ある。たとえばＶＩａ、Ｖａ族を周辺組織に富まし結合
相−硬質相の界面強度を向上させている。その第二の欠
点に対しては固溶強化により硬質相自体の耐熱強度を向
上させている。たとえばＴｉと同族のＺｒ、Ｈｆの微量
添加により耐クリープ性を上げている。

その第三の欠点に対しては第一の欠点と同様に靭性−周
辺組織の高靭性化によりフライス切削に見られる熱疲労
によるクラックの発生抵抗及び伝播抵抗を向上し、ＷＣ
基合金に比較し大差ないまでに至っている。

その第四の欠点に対しては比較的、低温でかつ高エネル
ギーを要するプラズマ化学蒸着法か、又は低温化学蒸着
法が両者の欠点を補い十分な密着性を有する皮膜が得ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これらの改良点を加味したとしても、表
面被覆用の基体としては特に靭性と高温での耐塑性変形
に問題があり、表面被覆による効果を発揮できず、切削
工具用の表面被覆ＴｉＣサーメットとして必ずしも切削
性能が良好でなかった・ 以上の点より本発明は従来のＴｉＣ系サーメットの欠点
を改良し、特に表面被覆サーメットとして優れた切削性
能を有する表面被覆Ｔ　ｉ　ＣＮ系サーメットを提供す
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は硬質相、結合相及び被覆相を有する切削工具用
表面被覆サーメット合金において前記結合相はＦｅ族Ｈ
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
、ＶＩａ族の１種または２種以上を２Ｑ〜４０％、■を
０．１〜４．０％Ｔｉ、Ｖを除く周期律表ＩＶ　ａ　、
　Ｖ　ａ族のうちの１種又は２種以上５〜２０％、及び
非金属成分はＣ１Ｎ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％、前期被覆相はＴｉＣ及び／又はＴｉＮを
１〜１５μｍ被覆してなる事を特徴とする表面被覆Ｔ　
ｉ　ＣＮ系サーメットである。本発明の最大の特長は硬
質相と結合相にある。表面被覆超硬合金の場合は、化学
蒸着法で被覆処理するとき硬質相の粗粒化、耐熱性を向
上させ基体中のＴｉ含有量を減少させる事により被覆に
伴う強度低下を補い高耐摩耗性、高靭性な切削工具とし
て実用に至った。しかしＴｉＣ系サーメットへの被覆に
対しても基体の靭性向上が必要であることは当然である
。特に化学蒸着法のように密着性に優れた皮膜の場合は
、その強度低下を補う意味で重要である。

ＴｉＣ系サーメットにおいてもその靭性向上に対しては
、特に強度と高温における耐塑性変形は１本質的な結晶
構造の差異によるものである以上超硬合金のＪＩＳ　　
Ｐ系の様なＷＣ相と（Ｗ。

Ｔｉ、Ｔａ）Ｃ相の共存する組織が最も強度と高温にお
ける耐塑性変形性を向上すると思慮される。

一方、耐摩耗性に関しては逆にＷＣ相が少ない程又は（
Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ）Ｃ中のＷ含有量が少ない程向上する。

さらにこの（Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ）Ｃ中にＩＶａ、Ｖａ、Ｖ
Ｉａ族の高融点金属及び非金属成分としてＮを置き換え
れば（Ｍ）ＣＮ相（Ｍ；ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属
）の特性を様々に向上させる事が可能である。

本発明は表面被覆ＴｉＣ系の基体として上述の白色相（
Ｖａ、ＶＩａ族に富む相）を分散させると共に（Ｍ）Ｃ
Ｎ相中のＶａ、ＶＩａ族を減少させかつその周辺組織に
粒界偏析を生じて耐塑性変形性を向上する高融点金属を
添加してＣＭ）ＣＭ相の強度、耐摩耗性を改善する。高
融点金属としては種々のものを試験したが、高温強度の
向上及び常温強度の低下が少ない点では、■が最も優れ
ている。■添加した場合、組織的に著しい変化はないが
物性、切削性能を著しく向上させる。

〔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９０％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〜
９０％と限定した。

さらに金属部分と非金属部分の比を０．８〜１．０７と
したのは０．８未満では硬質相がＭ、Ｃ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。硬質相を
形成するための金属成分のなかで、ＶＩａ族の１種また
は２種以上が２０％未満では所望の優れた強度、耐塑性
変形性を合金に付与する事ができず、一方４０％を超え
ると相対的に主成分であるＴｉの含有量が低下し所望の
耐摩耗性を付与することが出来なくなるため、その含有
量を２０〜４０％と限定した。■が０．１％未満では、
所望の優れた強度、耐塑性変形性を合金に付与する事が
できず、一方４．０％を超えるとＶが析出し所望の強度
を付与することが出来なくなるため、その含有量を０．
１〜４．０％と限定した。Ｔｉ、Ｖを除く周期律表■ａ
。

Ｖａ族のうちの１種又は２種以上５％未満では、所望の
優れた強度、耐塑性変形性を合金に付与する事ができず
、一方２０％を超えると相対的に主成分であるＴｉの含
有量が低下し、所望の耐摩耗性を付与することが出来な
くなるため、その含有量を２０〜４０％と限定した。

■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、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１０〜２０％とした。

■被覆層 被覆層はＴｉＣ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ＴｉＣ及び／又は
Ｔ　ｉ　Ｎの単層、ＴｉＣＮ−ＴｉＮの複層Ｔ　ｉ　Ｃ
Ｎ−Ｔ　ｉ　Ｎ−Ｔ　ｉ　ＣＮ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。

以下、実施例について説明する。

〔実施例〕

実施例１ （Ｗ、　Ｔ　ｉ　）　ＣとＴｉＮを所定の比に混合後１
８００℃真空′中２時間保持して（Ｗ、Ｔｉ）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ＴｉＣ粉末（平均粒度１μｍ）ＴａＣ粉
末（同１．２μｍ）。

Ｍ　ｏ　□Ｃ粉末（同１．２μｍ）、Ｃｏ粉末（同１μ
ｍ）Ｎｉ粉末（同上μｍ）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ＩＴｏｎ／ａ＃
の圧力でＪＩＳ抗折力試験片をプレス成形した。次に真
空中１４００℃で焼結し、研磨した後、高温化学蒸着法
、低温化学蒸着法。

プラズマ化学蒸着法、物理蒸着法によりＴｉＮを２μｍ
被覆して本発明のサーメットを製造した。

次に抗折力試験を行い強度を測定した。その結果を第１
表に併記した。

第１表より高温化学蒸着法、物理蒸着法では十分な皮１
模が得られなかったため、抗折力の測定は出来なかった
が低温化学蒸着法、プラズマ化学蒸着法では基体の強度
の８０〜１００％前後の値が得られている。

実施例２ 実施例１の合金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　　　５ＵＳ３０４ チップ　５ＮＰＲ４３２（ホーニング０．０３＋ｍ＋）
（ブレーカ−有） 切削速度　　２００ｍ／ｍｉｎ 送り　　　　　０．２Ｉ／ｒｅｖ 切り込み　　２１Ｔｆ１１ 切削時間　　ＬＯｍｉｎ 評価　　　　逃げ面摩耗、切屑処理性 ■耐欠損性試験 被削材　　　ＳＣＭ４４０　　（Ｈｓ４０）（４ツ溝入
） チップ　５ＮＰＲ４３２（ホーニング０．０３ｍ＋）（
ブレーカ−有） 切削速度　　１００　ｍ／ｍｉｎ 送り　　　　　０　、３〜ｍｍ／ｒｅｖ切り込み　　２
ｍ 切削時間　　１　ｍｉｎ 評価　　　　０．３　ｍｍ　／　ｒｅｖより開始し、ク
リアーした場合には、０．０５ｏｉｎ ／ｒｅｖ送りを上げさらに切削試 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９本発明合金はＶを添加する
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３ 実施例１で用いた試料番号４のチップを用いて低温化学
蒸着法によりＴｉＣ、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、Ｔ　ｉ　Ｃ
Ｎ又はＴｉＮの単層の厚さを２μｍ以下になるようしこ
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本発明の表面被覆Ｔ　ｘ　Ｃ
Ｓ　Ｎ系サーメットは、基体と皮膜の組み合せにより耐
熱性、耐摩耗性、耐溶着性に優れた切削性能を示した。

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等
の方法を使用しても同様の効果が得られている。

〔発明の効果〕

本願表面被覆ＴｉＣ系サーメットは、基体中の硬質相を
改善する事によりサーメットの欠点である耐塑性変形性
、耐欠損性を向上し、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。

第２表 第３表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硬質相、結合相及び被覆相を有する切削工具用表面被覆
   サーメット合金において、前記結合相は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、VIａ
   族の１種または２種以上を２０〜４０％、Ｖを０．１〜
   ４．０％、ＴｉＶを除く周期律表IVａ、Ｖａ族のうちの
   １種又は２種以上５〜２０％、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％、前期被
   覆相はＴｉＣ及び／又はＴｉＮを１〜１５μｍ被覆して
   なる事を特徴とする表面被覆ＴｉＣＮ系サーメット。