JPS63156623A - 被覆超硬合金工具の製造方法 - Google Patents

被覆超硬合金工具の製造方法

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JPS63156623A
JPS63156623A JP30071786A JP30071786A JPS63156623A JP S63156623 A JPS63156623 A JP S63156623A JP 30071786 A JP30071786 A JP 30071786A JP 30071786 A JP30071786 A JP 30071786A JP S63156623 A JPS63156623 A JP S63156623A
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cemented carbide
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chemical vapor
intermediate layer
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Hitoshi Horie
堀江 仁
Junji Kojima
小島 順治
Haruhiko Honda
本田 晴彦
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Hitachi Tool Engineering Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は工具寿命を一段と改善した被覆超硬合金工具
に関するものである。
〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕一般に
、元素周期表の4a、5a、および6a族金属の炭化物
、窒化物、および炭窒化物のうちの1種または2種以上
と、Co、Ni、およびFeのうちの1種または2種以
上とを含有する組成をもった超硬合金工具は公知であり
、さらに前記超硬合金工具の表面に、前記4ap5a+
および6a族金属の炭化物、炭窒化物、窒化物、酸化物
酸炭化物、酸窒化物、および酸炭窒化物、ならびにアル
ミニウム酸化物のうちの1種からなる単層または2種以
上からなる複層の硬質層を被覆して、工具寿命の延命化
をはかった被覆超硬合金工具も提案されている。
しかしながら、上記超硬合金工具においては。
上記硬質層が上記超硬合金基体に比して脆いために、前
記基体自体のもつ靭性が前記硬質層によって相殺されて
しまい、この結果前記工具の表面部の靭性は低いものと
なることから所望の工具寿命の延命化をはかることはで
きない。
また、このようなことから硬さの低い超硬合金基体を採
用して靭性を付与した被覆超硬合金工具が提案されたが
、この場合耐熱塑性変形性および耐摩耗性が劣化したも
のとなるので、工具寿命の延命をはかることは難しい。
一方、逆に硬さの高い超硬合金基体を採用して耐熱塑性
変形性および耐摩耗性を改善し、工具寿命の延命化をは
かった被覆超硬合金工具においては、靭性がより一層低
下したものとなるために靭性不足から早期に欠損し、工
具寿命に到る場合が多く、このため切削工具としての使
用用途が著しく限定されてしまうのが現状である。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、上述のような被覆超硬合金工具のもつ問題
点を解決した被覆超硬合金工具を提供するもので、元素
周期律表の4a、5a、および6a族金属の炭化物、窒
化物、および炭窒化物のうちの1種または2種以上と、
Co、Ni、およびFeのうちの1種または2種以上と
を含有する超硬合金基体の表面に、超硬合金基体より靭
性に富むと共に軟質な層を設け、しかも前記中間層側か
ら前記超硬合金基体側に向かって硬さが連続的に増加す
る硬さ勾配をもった中間層を介在させた被覆超硬合金に
おいて、被覆層が4a、5a、および6a族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、酸化物、酸炭化物、酸窒化物、
および酸炭窒化物。
ならびにアルミニウム酸化物のうちの1種からなる単層
または2種以上からなり、かつその蒸着法が700℃〜
900℃で被覆処理する化学蒸着法及び950℃〜10
50℃で被覆処理する化学蒸着法の双方または前者によ
り単層又は複層の被覆層を被覆したことを特徴とする被
覆超硬合金工具である。上記超硬合金基体に700℃〜
900℃で被覆処理する化学蒸着法の被覆層を形成させ
る事により、中間層の生成に伴う被覆時の主として脱炭
層による強度の低下を防いだ事を特長とし、中間層は超
硬合金基体より靭性に富むと共に軟質で、しかも前記中
間層側から前記超硬合金基体側に向かって硬さが連続的
に増加する硬さ勾配を有しており、前記被覆後における
前記超硬合金基体において、いずれもビッカース硬さで
前記超硬合金基体の表面硬さ・・・・・・−900〜1
100 k g/mm”、同表面より深さ15μm位置
の硬さ・・・・・・・−1100〜1300 k g/
mm”、同表面より深さ60μm位置の硬さ・・・・・
・・・・・・4300〜1600kg/mm”、同表面
より深さ500μm00μm位置・・・・・・−= 1
400 k g/mm”以上の硬さ勾配をもつことによ
って、すぐれた耐熱塑性変形性、耐摩耗性、および靭性
を付与する。被覆工具としては中間層を介在させた強度
の向上と中間層側の被覆に伴う強度の低下を少なくする
事により、工具寿命の一層の延命化をはかったことに特
徴を有するものである。
〔作用〕
以下にこの発明の被覆超硬合金工具において。
被覆層及び中間層の硬さ勾配を望ましい範囲として上述
のように限定した理由を説明する。
■被覆層 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い、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1/10以
下が適している。
上記条件で表面に結合相を富化した超硬合金基体の中間
層に炭窒化チタン被覆を施すと、被覆処理温度が低いた
め炭素の拡散が少なく、脱炭層が生成しずらく被覆工具
の強度としては基体と同等のレベルまで向上する。
(■中間層 (a)表面硬さ その硬さを900kg/mm”未満にすると、靭性向上
という点では良いが、耐塑性変形性の劣化が著しく、一
方その硬さが1100kg/mm2を越えると、硬質層
におけるクラック伝播を阻止することができなくなり、
工具の強度が不足するため前記900〜1100 k 
g/mm”とした。
(b)深さ15〜60μm位置の硬さ その硬さをそれぞれ1100および13oOk g /
 m m”未満にすると、靭性向上という点では良いが
、耐塑性変形性の劣化が著しく、一方それぞれ1300
および1600 k g/mm”を越えた硬さにすると
所望の靭性が確保できなくなることから、その硬さをそ
れぞれ110O〜1300kg/mm2および1300
〜1600kg/mm2とした。
(c)500μm位置の硬さ 工具の靭性向上に最も大きな影響をもたらす部分は超硬
合金基体表面より約10Oμm深さ位置までの範囲であ
ると考えられ、これ以上の深さ位置になると靭性よりは
むしろ耐塑性変形性の向上に影響し、しかもこの深さ位
置部分の硬さは工具の使用目的に応じて決定されるもの
であり、5゜Oμm位置の硬さの下限値を耐塑性変形性
を確保することができる1400kg/mm”とした。
以下実施例により詳細に説明する。
実施例1゜ 炭化タングステン 75.5%、炭化チタン 5%、窒
化チタン 0.5%、炭化タンタル 10%、コバルト
 9%(以上 重量%)からなる組成を持ったチップ(
S NM432)を真空度2x10″″2torrの真
空中、焼結温度14oO℃に60分間保持して焼結し、
その後冷却速度0.05℃/minで除冷し、チップを
製作した。上記チップの表面部の断面組織を観察したと
ころ、いずれもビッカース硬さで表面1050 k g
/mm2゜深さ15μm位置1260 k g/mm”
、深さ60μm位置1520kg/mm”及び深さ50
0pm位置1540 k g/mm”の硬さ勾配を示し
、その表面より深くなるにつれて結合金属の量が少なく
なっていた。一方比較の目的で除冷しない以外は上記実
施例と同様に製作したチップは表面近くの硬さは152
0 k g/mm”と深さ500μm位置1540 k
 g/mm”と変化がなかった。
この中間層を有するチップと比較チップについて有機C
N化合物を用いた化学蒸着法により反応温度850℃1
反応式 %式%() に基づき膜厚8μmのT1CN皮膜を蒸着した。
また化学蒸着法により反応温度1030℃、反応式 %式% に基づき膜厚8μmのT1CN皮膜を蒸着した。
次に上記本発明のチップと比較チップについて被削材 
;SNCM−8(H2SO) (4ツ溝入り) 切削速度;120m/min 送り量 :0.3mm/rev 切削時間;10m1n チップ数;10ケ の条件で断続切削試験を実施した。
本発明チップは1/10ケ、中間層なしで有機CN化合
物による化学蒸着法の比較チップは5/10ケ、中間層
があり、CH,ガス及びN2ガスによる化学蒸着法の比
較チップは4/10ケ、中間層なしでCII、ガス及び
N2ガスによる化学蒸着法の比較チップは6710ケの
欠損を示した。化学蒸着方法による強度への影響も相当
大きな要因であり、本発明チップは他の3例と比較して
優れた耐   ゛vR撃性を持つ事が明らかである。
更に上記チップを用いて 被削材 :SNCM−8(H2SO) 切削速度;200m/min 切り込み深さ;1.5mm 送り量 :0.3mm/rev の条件で長手連続切削試験を実施した。
本発明チップは30分切削後VB=0.25mmで正常
摩耗を示していたのに対し、中間層なしで有機CN化合
物による化学蒸着法の比較チップは30分切削後VB=
0.23mmで皮膜の一部が脱落したためパリが見られ
た。中間層がありCH4ガス及びN2ガスによる化学蒸
着法の比較チップは30分切削後V B =0 、45
 m mでチッピングを伴う欠損により寿命となった。
中間層なしでCH,ガス及びNオガスによる化学蒸着法
の比較チップは30分切削後VB=0.40mmで皮膜
の一部が脱落したためパリが見られた。化学蒸着方法に
よる耐摩耗性への影響はPVD法とCVD法のような差
は無く、四塩化チタン及び有機CN化合物による化学蒸
着法では同等の優れた耐摩耗性を持つ事が明らかである
実施例2 炭化タングステン 71%、炭化チタン 9%。
窒化チタン 0.5%、炭化タンタル 10%。
コバルト 9.5%(以上 重量%)からなるJIS 
 P30相当の合金組成を持ったチップ(SPC432
)を真空度2X10″″” torrの真空中焼結温度
1400℃に60分間保持して焼結し、その後冷却速度
0.05℃/ m i nで除冷し、チップを製作した
。上記チップの表面部の断面組織をwt察したところ、
いずれもビッスース硬さで表面950kg/mm”、深
さ15μm位1111150kg/mm”、深さ60μ
m位置1480kg/mm”、及び深さ500μm位置
1430kg/mm”、の硬さ勾配を示し、その表面よ
り深くなるにつれて結合金属の量が少なくなっていた。
一方比較の目的で除冷しない以外は上記実施例と同様に
製作したチップは1表面近くの硬さは1460kg/m
m”と深さ500μm位置1430kg/mm”と変化
がなかった。
この結果得られた中間層を有するチップと比較チップに
ついて化学蒸着法により反応温度850℃、反応式 %式%() に基づき膜厚2μmのT1CN皮膜を蒸着した。
膜厚2μmとしたのはフライス用として十分な強度が要
求されるためである。また化学蒸着法により反応温度1
030℃1反応式 %式%() に基づき膜厚2μmのT1CN皮膜を蒸着した。
次に上記本発明のチップと比較チップについて被削材 
;SCM440 (HS50)切削速度;Loom/m
in 送り量 ;0,5mm/rev 切削時間;10m1n カッター;DP(コーナー角25°) チップ数;10ケ の条件でフライス試験を実施した。
本発明チップはO/10ケ、中間層なしで有機CN化合
物による化学蒸着法の比較チップは2710ケ、中間層
がありCH4ガス及びNよガスによる化学蒸着法の比較
チップは8710ケ、中間層なしでCH,ガス及びN2
ガスによる化学蒸着法の比較チップは7710ケの欠損
を示した。フライスの様に切刃の食いつきに伴う衝撃に
よるチッピング等は旋削以上に複雑な要因を含むが1本
発明チップは優れた耐衝撃性を持つ事が明らかである。
更に上記チップを用いて 被削材 ;SCM440 (HS50)切削速度;20
0m/min 切り込み深さ;1.5mm 送り量 ;0.2mm/rev の条件で寿命試験を実施した。
本発明チップは60分切削後で正常摩耗を示していたの
に対し、中間層なしで有機CN化合物による化学蒸着法
の比較チップは60分切削後皮膜の一部が脱落したため
パリが見られた。中間層がありCH,ガス及びN2ガス
による化学蒸着法の比較チップは、10分切削後チッピ
ングを伴う欠損により寿命となった。中間層なしでCH
4ガス及びN2ガス四塩化チタンによる化学蒸着法の比
較チップは初期より皮膜の一部が脱落し、5分切削後欠
損した。化学蒸着法による耐摩耗性、耐衝撃性への影響
はPVD法とCVD法の強度の差のように皮膜の密着性
、皮膜の粒度と密接な関係があり有機CN化合物を使用
した化学蒸着法では、PvDと同等の優れた耐衝撃性を
持つと同時に耐摩耗性、密着性ではCVDに近い性能を
持っている事は明らかである。
〔発明の効果〕
本願被覆超硬合金工具は表面に中間層を設け、低温化学
蒸着法により脱炭層を少なくする事により優れた耐衝撃
性、耐チッピング性を有し、工具として安定した長い工
具寿命を示すものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 元素周期律表の4a、5a、および6a族金属の炭化物
    、窒化物、および炭窒化物のうちの1種または2種以上
    と、Co、Ni、およびFeのうちの1種または2種以
    上とを含有する超硬合金基体の表面に、超硬合金基体よ
    り靭性に富むと共に軟質で、しかも前記超硬合金基体側
    に向かって硬さが連続的に増加する硬さ勾配をもった中
    間層を介在させた被覆超硬合金において、被覆層が4a
    、5a、および6a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物
    、酸化物、酸炭化物、酸窒化物、および酸炭窒化物、な
    らびにアルミニウム酸化物のうちの1種からなる単層ま
    たは2種以上からなり、かつその蒸着法が700℃〜9
    00℃で被覆処理する化学蒸着法と950℃〜1050
    ℃で被覆処理する化学蒸着法の双方または前者により単
    層又は複層の被覆層を1〜10μm被覆したことを特徴
    とする被覆超硬合金工具。
JP61300717A 1986-12-16 1986-12-16 被覆超硬合金工具の製造方法 Expired - Lifetime JPH068507B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0386403A (ja) * 1989-08-29 1991-04-11 Hitachi Tool Eng Ltd 表面被覆スローアウェイチップ

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JPS53131909A (en) * 1977-04-23 1978-11-17 Mitsubishi Metal Corp Covered hard alloy tool
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