JPS63103069A - 表面被覆超硬合金 - Google Patents
表面被覆超硬合金Info
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- JPS63103069A JPS63103069A JP24808486A JP24808486A JPS63103069A JP S63103069 A JPS63103069 A JP S63103069A JP 24808486 A JP24808486 A JP 24808486A JP 24808486 A JP24808486 A JP 24808486A JP S63103069 A JPS63103069 A JP S63103069A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は切削工具ならびに耐摩耗性部品として工業上有
用な耐摩耗性を著しく向」ニさせた表面被覆超硬合金に
蘭するものである。
用な耐摩耗性を著しく向」ニさせた表面被覆超硬合金に
蘭するものである。
〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕超硬合
金は４ａ、５ａ、６ａ属の炭化物ならびに鉄族金属が主
体の焼結材料であり、炭化物微粒子を鉄族金属中（以下
結合金属という。）に分散させ、炭化物の硬さと結合金
属の靭性を兼ね備えた性質を有する。結合金属量が多く
なると靭性は増加するが、耐摩耗性が減少するので１種
々の組成を有する超硬合金が用途に応じて使用されてい
る。一方、超硬合金からなる基体より耐摩耗性の高い表
面層を形成させ、靭性の低下を制限しながら耐摩耗性を
向上させる技術が進歩し、種々の表面被覆した工具材料
が実用化されている。更に表面被覆する以前に基体に耐
摩耗性の向上耐衝撃性の向上を計る目的で超硬合金の表
面に基体内部より硬化及び／又は軟化した層を設けた例
がある。
金は４ａ、５ａ、６ａ属の炭化物ならびに鉄族金属が主
体の焼結材料であり、炭化物微粒子を鉄族金属中（以下
結合金属という。）に分散させ、炭化物の硬さと結合金
属の靭性を兼ね備えた性質を有する。結合金属量が多く
なると靭性は増加するが、耐摩耗性が減少するので１種
々の組成を有する超硬合金が用途に応じて使用されてい
る。一方、超硬合金からなる基体より耐摩耗性の高い表
面層を形成させ、靭性の低下を制限しながら耐摩耗性を
向上させる技術が進歩し、種々の表面被覆した工具材料
が実用化されている。更に表面被覆する以前に基体に耐
摩耗性の向上耐衝撃性の向上を計る目的で超硬合金の表
面に基体内部より硬化及び／又は軟化した層を設けた例
がある。
以下に従来から製造されている表面被覆された超硬合金
の製造方法と特徴を列記する。
の製造方法と特徴を列記する。
（１）積層合金を形成する方法
表面が耐摩耗性に優れた超硬合金からなり、内部が解性
に優れた超硬合金からなる。２種類の合金粉末から製造
される。積層合金は製造上に困難さがあるだけでなく、
耐摩耗性の向上が少ないので、今日ではほとんど製造さ
れていない。
に優れた超硬合金からなる。２種類の合金粉末から製造
される。積層合金は製造上に困難さがあるだけでなく、
耐摩耗性の向上が少ないので、今日ではほとんど製造さ
れていない。
（２）窒化物添加による方法
４ａ族の窒化物を微量添加することにより表面に脱β層
を生成し、（表面から数十ミクロンにわたりβ相を含ま
ない層）被覆後の皮膜からのクラック伝播性を向上させ
る。
を生成し、（表面から数十ミクロンにわたりβ相を含ま
ない層）被覆後の皮膜からのクラック伝播性を向上させ
る。
（３）結合金属を富化させる方法
最も靭性に富む結合金属を富化し、表面被覆合金として
の耐衝撃性を向上させる方法。
の耐衝撃性を向上させる方法。
これら目的に応じて処理した超硬合金の表面に化学蒸着
法により炭化物、窒化物の被覆処理をＴｉ金属の塩化物
蒸気を水素雰囲気中でメタンガス又は窒素と反応させ、
９００℃〜１０００℃に加熱された超硬合金上にＴｉ炭
化物あるいは窒化物の１ａｒｙＸを形成させる方法で製
造される。
法により炭化物、窒化物の被覆処理をＴｉ金属の塩化物
蒸気を水素雰囲気中でメタンガス又は窒素と反応させ、
９００℃〜１０００℃に加熱された超硬合金上にＴｉ炭
化物あるいは窒化物の１ａｒｙＸを形成させる方法で製
造される。
現在市販されている被覆合金には炭窒化チタン被覆合金
および窒化チタン被覆合金、Ａｌ２Ｏ，被覆合金、及び
それらの複層被覆合金等があり、いずれも耐摩耗性が高
く、２〜２０ミクロンの皮膜により超硬合金の耐摩耗性
は３〜１０倍増大する。
および窒化チタン被覆合金、Ａｌ２Ｏ，被覆合金、及び
それらの複層被覆合金等があり、いずれも耐摩耗性が高
く、２〜２０ミクロンの皮膜により超硬合金の耐摩耗性
は３〜１０倍増大する。
現在市販されている表面処理した被覆合金の大部分は炭
化タングステン、コバルト、炭化チタン。
化タングステン、コバルト、炭化チタン。
炭化タンタルを主成分とする切削用超硬合金の表面に炭
化物、窒化物を被覆したものであり、鋳鉄。
化物、窒化物を被覆したものであり、鋳鉄。
鋼の切削に広く使用されているが、鋼の切削時にしばし
ば異常摩耗を示し、被覆層の優れた耐摩耗性が発揮でき
ないことがある。その原因を鋼切削の摩耗進行から＆ｌ
！察すると、摩耗あるいは微小カケによって被ｍｉの１
部が消失した後、消失部分から摩耗が急速に進行するた
めに、刃先が均一に摩耗しないで、局部的に摩耗する現
象が見られる。
ば異常摩耗を示し、被覆層の優れた耐摩耗性が発揮でき
ないことがある。その原因を鋼切削の摩耗進行から＆ｌ
！察すると、摩耗あるいは微小カケによって被ｍｉの１
部が消失した後、消失部分から摩耗が急速に進行するた
めに、刃先が均一に摩耗しないで、局部的に摩耗する現
象が見られる。
又工具刃先に高熱高圧がかかると、超硬合金基体が軟化
し、塑性変形するために被覆層の耐摩耗性が充分に発揮
できない場合がある。
し、塑性変形するために被覆層の耐摩耗性が充分に発揮
できない場合がある。
本発明は、新しい現象の発見に基すいた表面処理した超
硬合金に関するもので、従来の被覆超硬合金の性能上の
問題点を一挙に解決し、より耐摩耗性と汎用性を備えた
工具材料を提供するものである。
硬合金に関するもので、従来の被覆超硬合金の性能上の
問題点を一挙に解決し、より耐摩耗性と汎用性を備えた
工具材料を提供するものである。
本発明は４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、炭窒化物及び鉄
族金属からなる超硬合金の表面が、平均４％以下の鉄属
金属と前記炭化物からなる基体より硬質の厚さ２〜４０
ミクロンの内層とβ−固溶塩化チタン−水素−有機ＣＮ
化合物及び／又は窒素混合−ガス中で加熱し、７００℃
〜９００”Ｃで超硬合金に炭窒化チタン及び／又は窒化
チタンを被覆したことを特徴とする表面被覆超硬合金に
関するものである。
族金属からなる超硬合金の表面が、平均４％以下の鉄属
金属と前記炭化物からなる基体より硬質の厚さ２〜４０
ミクロンの内層とβ−固溶塩化チタン−水素−有機ＣＮ
化合物及び／又は窒素混合−ガス中で加熱し、７００℃
〜９００”Ｃで超硬合金に炭窒化チタン及び／又は窒化
チタンを被覆したことを特徴とする表面被覆超硬合金に
関するものである。
４％以下の鉄族金属を含む超硬合金は高い硬さと優れた
耐摩耗性を有するが、靭性が不足しているために切削工
具として使用されることはきわめて稀れであるが、それ
が２〜４０ミクロンの薄層として靭性の高い超硬合金の
表面上に設けられるならば、耐摩耗性の向上にきわめて
有利である。
耐摩耗性を有するが、靭性が不足しているために切削工
具として使用されることはきわめて稀れであるが、それ
が２〜４０ミクロンの薄層として靭性の高い超硬合金の
表面上に設けられるならば、耐摩耗性の向上にきわめて
有利である。
その厚さは２〜４ｏミクロンが適している。２ミクロン
未満ではその効果が少なく、４０ミクロンを越えると工
具としての靭性を低下させる。
未満ではその効果が少なく、４０ミクロンを越えると工
具としての靭性を低下させる。
次に炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル、コ
バルトからなる超硬合金の表面に炭化タングステンとβ
−固溶体（ＷＣ−Ｔ ｉ Ｃ−Ｔ ａ Ｃの炭化物固溶
体）の混合物から薄層が形成された場合、基体の強靭性
が維持される。β−固溶体からなる外層は超微粒子から
なる方がより耐摩耗性に富み、その厚さは１〜１０ミク
ロンが適している。１ミクロン未満ではその効果が少な
く、１０ミクロンを越えると工具としての靭性を低下さ
せる。
バルトからなる超硬合金の表面に炭化タングステンとβ
−固溶体（ＷＣ−Ｔ ｉ Ｃ−Ｔ ａ Ｃの炭化物固溶
体）の混合物から薄層が形成された場合、基体の強靭性
が維持される。β−固溶体からなる外層は超微粒子から
なる方がより耐摩耗性に富み、その厚さは１〜１０ミク
ロンが適している。１ミクロン未満ではその効果が少な
く、１０ミクロンを越えると工具としての靭性を低下さ
せる。
本発明は４ａ、５ａ、６ａ属の炭化物、炭窒化物および
鉄族金属からなる超硬合金の表面に焼結時のガス雰囲気
を調整することにより２〜４０ミクロンの深さにわたり
、鉄族金属を減少させると同時に１〜１０ミクロンの厚
さにβ−固溶体を富化をた超硬合金において、次に四塩
化チタンー水素−有機ＣＮ化合物及び／又は窒素混合ガ
ス中で加熱し、７ｏＯ℃〜９００ ”Ｃで超硬合金に炭
窒化チタン及び／又は窒化チタンを被覆したものである
。
鉄族金属からなる超硬合金の表面に焼結時のガス雰囲気
を調整することにより２〜４０ミクロンの深さにわたり
、鉄族金属を減少させると同時に１〜１０ミクロンの厚
さにβ−固溶体を富化をた超硬合金において、次に四塩
化チタンー水素−有機ＣＮ化合物及び／又は窒素混合ガ
ス中で加熱し、７ｏＯ℃〜９００ ”Ｃで超硬合金に炭
窒化チタン及び／又は窒化チタンを被覆したものである
。
化学蒸着法による炭窒化チタン、窒化チタン被覆処理は
、四塩化チタン、水素、有機ＣＮ化合物及び／又は窒素
からなる混合ガス中で行なう。有機ＣＮ化合物の分圧は
四塩化チタンの分圧より低くし、かつ水素分圧の１／１
０以下が適している。
、四塩化チタン、水素、有機ＣＮ化合物及び／又は窒素
からなる混合ガス中で行なう。有機ＣＮ化合物の分圧は
四塩化チタンの分圧より低くし、かつ水素分圧の１／１
０以下が適している。
反応温度は７００〜９００’Ｃが適している。上記条件
で表面のβ固溶体を富化した超硬合金に炭窒化チタン被
覆を施すと、β固溶体が多く結合相が減少しているため
皮膜の密着性が改善される。本発明は更に四塩化チタン
と有機ＣＮ化合物を併用することにより蒸着時の低温化
を計り、又基体と皮膜の境界に生じる脱炭Ｍ（η、−炭
化物、Ｍ、Ｃ）を低減させたため、被覆合金としては従
来の方法で強度の低下が６０〜７０％と激しかったが本
方法では８０〜９０％と小さくなる。
で表面のβ固溶体を富化した超硬合金に炭窒化チタン被
覆を施すと、β固溶体が多く結合相が減少しているため
皮膜の密着性が改善される。本発明は更に四塩化チタン
と有機ＣＮ化合物を併用することにより蒸着時の低温化
を計り、又基体と皮膜の境界に生じる脱炭Ｍ（η、−炭
化物、Ｍ、Ｃ）を低減させたため、被覆合金としては従
来の方法で強度の低下が６０〜７０％と激しかったが本
方法では８０〜９０％と小さくなる。
表面処理した超硬合金の内層は平均して４％以下の結合
金属を含むが、２μ以下の局部的に結合金属が集中し、
４％を越える部分がある。すなわち皮膜と内層の境界部
分に若干量の結合金属が被覆処理の過程で集中する傾向
がある。更にβ固溶体中の１部を窒化物を含んだ固溶体
としておくことも可能である。
金属を含むが、２μ以下の局部的に結合金属が集中し、
４％を越える部分がある。すなわち皮膜と内層の境界部
分に若干量の結合金属が被覆処理の過程で集中する傾向
がある。更にβ固溶体中の１部を窒化物を含んだ固溶体
としておくことも可能である。
第１図は従来の炭化チタン被覆超硬合金と本発明合金の
表面から微小ビッカース硬さを測定した結果を示したも
のであり、従来品は硬さが皮膜から超硬合金の硬さまで
低下しているのに対し、本発明品は硬さの高いβ固溶体
と超硬合金の硬さの中間に内層の硬さが位置し、皮膜か
らと基体まで硬さが除々に変化している。
表面から微小ビッカース硬さを測定した結果を示したも
のであり、従来品は硬さが皮膜から超硬合金の硬さまで
低下しているのに対し、本発明品は硬さの高いβ固溶体
と超硬合金の硬さの中間に内層の硬さが位置し、皮膜か
らと基体まで硬さが除々に変化している。
本発明の表面処理した超硬合金は鋼及び訪物の高速切削
に適している。すなわち従来の被覆合金より更に耐熱性
、耐塑性変形性に優れている。又良好な仕上面を必要と
する切削に適している。
に適している。すなわち従来の被覆合金より更に耐熱性
、耐塑性変形性に優れている。又良好な仕上面を必要と
する切削に適している。
この理由はβ固溶体、内層の硬さが高く皮膜が摩耗して
もβ固溶体、内層の摩耗進行がゆるやかで異常摩耗を防
ぐ効果があるためである。
もβ固溶体、内層の摩耗進行がゆるやかで異常摩耗を防
ぐ効果があるためである。
以下実施例について詳細に説明する。
実施例１
市販のＷＣ粉末（平均粒度４μｍ）ＴｉＣＮ粉末（平均
粒度１μｍ）ＴａＣ粉末（同１．２μｎ）Ｃｏ粉末（同
１μｍ）Ｎｉ粉末（同１μｍ）を用意し、これらを切削
用超硬合金Ｐ３０相当の組成に配合し、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
／ａＩの圧力でプレス成形した。次に真空中１４００℃
で焼結し、焼結終了後Ｎ２ガスを導入し、徐冷し、基体
より硬質の厚さ２０ミクロンの内層とβ−固溶体を主体
とした炭化物、炭窒化物及び鉄杭金属からなる厚さ５ミ
クロンの外層よりなる層を形成させて、その後化学蒸着
法によりＴ１ＣＮを６μｍ被覆して本発明のチップを製
造した。次に鏡面にラップし内。
粒度１μｍ）ＴａＣ粉末（同１．２μｎ）Ｃｏ粉末（同
１μｍ）Ｎｉ粉末（同１μｍ）を用意し、これらを切削
用超硬合金Ｐ３０相当の組成に配合し、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
／ａＩの圧力でプレス成形した。次に真空中１４００℃
で焼結し、焼結終了後Ｎ２ガスを導入し、徐冷し、基体
より硬質の厚さ２０ミクロンの内層とβ−固溶体を主体
とした炭化物、炭窒化物及び鉄杭金属からなる厚さ５ミ
クロンの外層よりなる層を形成させて、その後化学蒸着
法によりＴ１ＣＮを６μｍ被覆して本発明のチップを製
造した。次に鏡面にラップし内。
外層の硬さをマイクロビッカース（５００ｇ荷重）で測
定した。その結果を第１図に示す。
定した。その結果を第１図に示す。
第１図はＮ２ガス分圧５ Ｔ ｏ ｒ ｒ 、冷却速度
０．５°Ｃ／ｍｉｎにコントロールすることによる内、
外層の厚さ、結合相量を変化させた例で、更にＮ２ガス
分圧、冷却速度及び基体中のＣとＮの比率を調整するこ
とにより種々の厚さ、結合金属の量を変化させることが
可能である。
０．５°Ｃ／ｍｉｎにコントロールすることによる内、
外層の厚さ、結合相量を変化させた例で、更にＮ２ガス
分圧、冷却速度及び基体中のＣとＮの比率を調整するこ
とにより種々の厚さ、結合金属の量を変化させることが
可能である。
実施例２
実施例１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。比較のため通常の硬さのもの
も試験した。
い、その性能を評価した。比較のため通常の硬さのもの
も試験した。
■寿命試験
被削材 ＳＣＭ４４０ （Ｈｓ４０）チップ Ｓ
ＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３ｍｎ＋）切削速
度 ２００ ｍ／ｍｉｎ 送り ０ 、２ ｒｒｔｎ／ｒｅｖ切り込み
２１Ｗ１１ 切削時間 ２０＋ｏｉｎ ■耐欠損性試験 被削材 ＳＣＭ４４０ （Ｈｓ４０）（４ツ溝入
） チップ Ｓ ＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３ｍｎ
）切削速度 １００ ｍ／ｍｉｎ 送り ０ 、３ ｎｕ／ｒｅｖ切り込み ２
ｍ 切削時間 ２０ｍ１ｎ 耐摩耗性は本発明チップは逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．１１
．比較チップはＶＢ＝０．１５と若干良くなる程度であ
るが、断続切削を伴う試験では本発明チップは逃げ面摩
耗量ＶＢ＝０．１１．比較チップはＶＢ＝０．３５ （
異常摩耗 有）と皮膜の密着性に優れていることがわか
った。
ＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３ｍｎ＋）切削速
度 ２００ ｍ／ｍｉｎ 送り ０ 、２ ｒｒｔｎ／ｒｅｖ切り込み
２１Ｗ１１ 切削時間 ２０＋ｏｉｎ ■耐欠損性試験 被削材 ＳＣＭ４４０ （Ｈｓ４０）（４ツ溝入
） チップ Ｓ ＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３ｍｎ
）切削速度 １００ ｍ／ｍｉｎ 送り ０ 、３ ｎｕ／ｒｅｖ切り込み ２
ｍ 切削時間 ２０ｍ１ｎ 耐摩耗性は本発明チップは逃げ面摩耗量ＶＢ＝０．１１
．比較チップはＶＢ＝０．１５と若干良くなる程度であ
るが、断続切削を伴う試験では本発明チップは逃げ面摩
耗量ＶＢ＝０．１１．比較チップはＶＢ＝０．３５ （
異常摩耗 有）と皮膜の密着性に優れていることがわか
った。
本願表面被覆超硬合金は、基体と被覆層の中間にβ固溶
体に富む層と結合相を少なくしたことにより基体の耐塑
性変形性、耐摩耗性を向上し、表面被覆の効果を発揮す
ることにより、耐摩耗性。
体に富む層と結合相を少なくしたことにより基体の耐塑
性変形性、耐摩耗性を向上し、表面被覆の効果を発揮す
ることにより、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。
なものである。
第１図は本発明による表面硬化層のマイクロビッカース
硬さの結果を示す図である。
硬さの結果を示す図である。
Claims (1)
- ４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、炭窒化物及び鉄族金属か
らなる超硬合金の表面が、平均４％以下の鉄属金属と前
記炭化物、炭窒化物及び鉄族金属からなる基体より硬質
の厚さ２〜４０ミクロンの内層とβ−固溶体を主体とし
た炭化物、炭窒化物及び鉄族金属からなる厚さ１〜１０
ミクロンの外層よりなる超硬合金において、被覆層が四
塩化チタン−水素−有機ＣＮ化合物及び／又は窒素混合
ガス中で加熱し、７００℃〜９００℃で超硬合金に炭窒
化チタン及び／又は窒化チタンを被覆したことを特徴と
する表面被覆超硬合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24808486A JPS63103069A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24808486A JPS63103069A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103069A true JPS63103069A (ja) | 1988-05-07 |
Family
ID=17172972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24808486A Pending JPS63103069A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63103069A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103072A (ja) * | 1986-10-17 | 1988-05-07 | Hitachi Tool Eng Ltd | 表面被覆超硬合金の製造方法 |
| JPH024972A (ja) * | 1988-06-23 | 1990-01-09 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具用表面被覆サーメット |
-
1986
- 1986-10-17 JP JP24808486A patent/JPS63103069A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103072A (ja) * | 1986-10-17 | 1988-05-07 | Hitachi Tool Eng Ltd | 表面被覆超硬合金の製造方法 |
| JPH024972A (ja) * | 1988-06-23 | 1990-01-09 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具用表面被覆サーメット |
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