JPS6376877A - 被覆超硬合金工具 - Google Patents

被覆超硬合金工具

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JPS6376877A
JPS6376877A JP21920586A JP21920586A JPS6376877A JP S6376877 A JPS6376877 A JP S6376877A JP 21920586 A JP21920586 A JP 21920586A JP 21920586 A JP21920586 A JP 21920586A JP S6376877 A JPS6376877 A JP S6376877A
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JP
Japan
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coating layer
nitride
alumina
cemented carbide
coating
Prior art date
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Pending
Application number
JP21920586A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidekazu Matsumoto
英一 松本
Toshio Nomura
俊雄 野村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

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〕 本発明は、耐摩耗性及び靭性に優れた被覆超硬合金工具
に関する。
〔従来の技術〕
従来から鋳鉄等の切削加工に用いる切削工具類としては
、WC等の超硬合金の表面を硬質物質で単層又は多層に
被覆した被覆超硬合金工具が使用されてきた。超硬合金
ご被覆するのは耐摩耗性を向上させるためであり、この
被覆物質としてはチタン、ジルコニウム又はハフニウム
の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、酸窒化物、
硼窒化物又は砕炭窒化物、若しくはアルミナ、窒化硼素
、窒化アルミニウム等が用いられる。
なかでもアルミナは化学的に安定な物質であり高温硬度
も高いために高速加工が一般化している現在では多くの
被覆超硬合金工具に取り入れられ、超硬合金との密着性
向上等の目的でチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸窒化物、酸窒化物、硼窒化物又は砕炭窒化物からなる
単層又は多層の被覆層を超硬合金基体との間に介在させ
て用いることが多い。又、使用済フーナ判別を容易にす
る目的で、アルミナ被覆層の表面に最外層としてチタン
、ジルコニウム又はハフニウムの炭化物、窒化物、炭窒
化物、炭酸窒化物、酸窒化物、若しくは窒化硼素、窒化
アルミニウムの少なくとも1種からなる単層又は多層の
被覆層を形成Tることもある。これらの場合、各被覆層
は耐摩耗性向上を主眼として形成するため、アルミナ被
覆層の膜厚を1〜10μm及び全膜厚を4〜15μmの
範囲に厚く形成するのが普通であった。
しかし、アルミナは耐摩耗性や耐酸化性に優れている反
面、機械的靭性や熱的衝撃に劣るため、アルミナ被覆層
な最外層又は中間層として有する被覆超硬合金工具は機
械的又は熱的な衝撃の激しい鋼や鋳鉄の7ライス切削等
の用途においては耐摩耗性を発揮する以前にアルミナ被
覆層にチッピングや欠損が発生する欠点があった。この
為、アルミナ被覆層を有する被覆超硬合金工具は機械的
又は熱的衝撃の激しい加工には使用不可能とされていた
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、超硬合金工具の被覆層としてアルミナ被覆層
を有しながら耐摩耗性と共に優れた靭性をも兼ね備えた
被覆超硬合金工具ご提供することを目的とする。
〔°問題点を解決するための手段〕
本発明の被覆超硬合金工具は、超硬合金からなる基体と
、該基体表面に形成したチタンの炭化物、窒化物、炭窒
化物、炭酸窒化物、酸窒化物、硼窒化物、砕炭窒化物の
少なくとも1種からなる単層又は多層の第1被覆層と、
該第1被覆層表面に形成したアルミナの第2被覆層と、
所望に応じて該アルミナの第2被覆層表面に形成したチ
タン、ジルコニウム又はハフニウムの炭化物、窒化物、
炭窒化物、炭酸窒化物、酸窒化物、若しくは窒化硼素、
窒化アルミニウムの少なくとも1種からなる単層又は多
層の第3被覆層とからなる被覆超硬合金工具において、
アルミナの第2被覆層の膜厚が0.1〜1.2μmであ
り、第1、第2及び第3被り層の全膜厚が0.5〜3.
5μmであることを特徴としている。
アルミナからなる第2被覆層の形成は化学蒸着法により
、例えばAlCl3と002及びH2の混合ガスを約1
000 t:’で気相反応させることにより形成できる
。又、チタン、ジルコニウム又はハフニウムの炭化物や
窒化物等の第1又は第3被覆層も化学蒸着法によって、
例えばTi0j  と炭化水素又はN1H2等を含むガ
スの約1000 tZ’での気相反応により形成できる
〔作用〕
本発明者等はアルミナ被覆層を有する従来の被覆超硬合
金工具を用いて機械的又は熱的衝撃の激しい切削様式に
おける工具の摩耗又は損傷の進行状況を詳細に調査した
結果、従来から摩耗と考えられていた現象は被覆層、特
にアルミナ被覆層のチッピングや剥離に起因する被覆物
質の欠損であり、その為に被覆物質の本来の耐摩耗性を
発揮しえなかったことが判明した。
このようなアルミナ被覆層等の一チッピングや剥離は膜
厚が厚いほど起こりや丁く、靭性も膜厚が薄いほど増加
することを考慮して、従来は耐摩耗性増強のためにアル
ミナ被覆層の膜厚を1〜10μm及び全膜厚を4〜15
μmの範囲に厚く形成していたものを夫々0.1〜1.
2μm及び0.5〜3.5μmと極端に薄くすることに
より、耐摩耗性及び靭性等の総合性能において従来のも
のを上回り機械的又は熱的衝撃の激しい切削様式にも使
用できるアルミナ被覆層を有する被ひ超硬合金工具を開
発したものである。
アルミナの第2被覆層の膜厚が0.1μm未満ではアル
ミナの持つ耐摩耗性が発揮できず、1.2μmご超える
とアルミナ層の内部応力が増大して靭性の低下が著しく
且つアルミナの第2被覆層と下地の第1被覆層との密着
性が低下して剥離しやすくなるからである。又、被覆層
の全膜厚が0.5μm未満では被覆の効果がなく、3.
5μmを超えると上記した純摩耗以外の被覆物質の欠損
が激しくなると共に工具全体の強度も劣化するためであ
る。
(実施例〕 実施例1 超硬合金(グレードに10)からなる基体表面に下記す
る構成の被覆層を夫々具えた被覆超硬合金工具を通常の
方法により製造し準備した(膜厚は0内にμm単位で示
す); 本発明品 (1) TiC(0,6) −TiN (1,3) −
kl O(0,1)(2) Tla (0,5) −T
:LN (0,9) −At o  (0,6)(3)
TiC(0,3) −TiN (0,7) −At O
(1,0)(4)Ti(It (1,4) −At O
(0,6)(5)Tta (1,3) −At o  
(0,6)−TlN(o、1)比較品 (61Tie (0,6) −TiN (1,35) 
−At O(0,05)(7)Tic! (0,1) 
−TiN (0,1) −Aj O(1,8)(8)T
it:! (1,95) −At O(0,05)(9
)Tic! (0,2) −At O(1,8)(10
) Tic! (1,85) −Aj O(0,05)
 −TiN (0,1)Ql)Tlc (0,1) −
At’o  (1,8) −TIN (0,1)尚、上
記各工具では被覆層の全膜厚は2μmとなっている。
上記の各工具ご用いて下記の条件で切削テスト2行なっ
た。
被削材 :Fe12(鋳物) 切削速度: 180 m/min 送  リ  :0.2tlFIJL/刃切り込み=3.
0朋 切削時間: 45 min 上記切削テストでの逃げ面摩耗量(間)及び逃げ面での
チッピングの大きさく朋)コ第1表に要約して示した。
第    1   表 本発明品 逃げ面摩耗量チッピング大きさく11   
 0.25謂   チッピングなしく21    0.
20 // (3)     0.18// (4)     0.23 tt       p(5
)     0.23 tt 比較品 (610,40酩   チッピングなしく7)    
 0.37 /’     0.29m5(8)   
  0.42p    チッピングなしく91    
0.41 //      0.38關叫    0.
43//    チッピングなしく11)     0
.40 //      0.39mmこのテストから
、AlO層の膜厚が0.1μm末満では逃げ面摩耗量が
大きくなり、1.2μmを超えると鋳鉄フライス切削時
の激しい衝撃によって被覆層が破壊して剥離する為i却
って摩耗量が大さくなると共に1.8μm以上ではチッ
ピングが急激に増えることが判った。
実施例2 実施例1と同じ被覆超硬合金工具を用いて下記条件でネ
ジ切り切削を行なった結果を第2表に示す。
被削材 : SOM 435 切削速度: 140 m/min 送    リ     :   3.18  mWre
v、           −最終山の取代: 0.0
7〜0.1謂 被削材当り切削長=60朋 第   2   表 本発明品 逃げ面摩耗量 チッピング大きさく11  
  0.18翳   チッピングなしく21    0
.10 u (310,09tt       tt(4)    
 0.11〃tt (5)     0.12// 比較品 (610,25間   チッピングなしく7)    
 0.20 //      0.09鼎(8)   
  0.22鰭   チッピングなしく9)     
0.19〃o、is鶴α0)     0.20#  
  チッピングなしく11)     0.19// 
      0.15簡実施例3 M20グレードの超硬合金基体に実施例1と同じ被覆層
を形成した被覆超硬合金工具を用いて下記条件で鋼の高
速フライス加工を行なった結果を第3表に示す。
被削材 :80M435 切削速度: 250 m/min 送  リ  : 4龍/刃 最大切屑厚さ=0.5闘 切削時間7100 min 第   3   表 本発明品 逃げ面摩耗量 すくい面摩耗深さく11  
 0.331+III      O,2情(210,
25tt      O,05/F(310,17//
      0.I  If(410,24sms  
   0.05闘(5)      0.23 #  
   0.05 //比較品 (6)    0.62//   0.6  tt(7
)    0.397   0.5  N(8)   
 0.61 #   0.8  #(9)    0.
35//    0.6  ttα0)    0.6
2M   −0,6#αυ   0.38#    0
.5  //実施例4 °実施例3と同じ被覆超硬合金工具を用いて下記条件で
ピンミリングを行なった結果を第4表に示す。
被削材 : s ss a 切削速度: 140 m/min 送  リ  :0.2〜0.3鴎/刃 切削ピン数;400誌 第   4   表 本発明品 逃げ面摩耗量 すくい面摩耗深さく11  
   0.37鴎   0.2  鴎(2)     
 0.27 //    0.05 #(310,24
//    0.1  #(4)      0.36
 〃0.05 tt(5)      0.35 tt
    O,05//比較品 (610,44tt   O,55 (7)     0.40//   0.4 tt(8
)     0.51//   0,7  tt(9)
     0.43//   0.5  ttα0) 
    0.50//   0.5  〃0υ    
0.44//   0.4  //実施例5 超硬合金(グレードに10)からなる基体表面にAt2
o3の膜厚を一定の0.1μmとした下記構成の被覆層
な夫々具えた被覆超硬合金工具を通常の方法により製造
し準備した。(膜厚は0内にμm単位で示す); 本発明品              全膜厚(μm)
(12) Tie (0,1) −TiN (0,3)
−AIO(0,1)  0.5(13)Tla (0,
6)−TlN(1,3) −At O(0,1)  2
(14)TiC(1,2) −TiN (2,2) −
At O(0,1)  3.5(15) TiC(1,
9)−AIO(0,1)       2(16)Ti
(! (1,8) −i 0  (0,1) −TiN
 (0,1)  2比較品 (17) Tie (0,05) −’I’iN (0
,05) −At O(0,1)0.2(18) Ti
C(1,5) −riN (2,9) −)、10  
(0,1)  4.5(19) Ti(! (2,3)
 −TiN (4,6)−AIO(0,1)  ?(2
0) Tie (0,1) −At203(0,1) 
       0.2(21) Tta (6,9) 
−AIO(0,t)       ?(22) TiC
(0,05)−AIO(0,1) −TiN (0,0
5)0.2(23)Tie (6,8) −At O(
0,1) −TiN (0,1)  7上記の各工具を
用いて下記の条件で鋳鉄の7ライス加工を行なった。
被削材 :FO25 切削速度: 180 m/min 送  リ  −〇、2簡/刃 切り込み=2朋 切削時間: 45 min 上記フライス加工面での逃げ面摩耗量(朋)及び逃げ面
でのチッピングの大きさく朋)を第5表に要約して示し
た。
第   5   表 本発明品 逃げ面摩耗量 チッピング大きさく12) 
    0.31朋  チッピングなしく13)   
  0.22 // (14)     0.18 //    0.03闘
(15)      0.25 //   チッピング
なしく16)      0.26// 比較品 (17)     0.61 //   チッピングな
しく18)      0,39//     O,,
28調(19)      0.53#     0.
38朋(20)      0.58 //   チッ
ピングなしく21)      0.55 tt   
  O,42羽(22)     0.59 tt  
 チッピングなしく23)      0.491/ 
    0.41闘全膜厚が0.5〜3.5μmの範囲
では摩耗量もチッピングも比較的小さかったが、全膜厚
が0.5μm未満では非常に摩耗量が増加し、4.5μ
mを超えると鋳鉄フライス切削時の激しい衝撃によって
被覆層が破壊して剥離するためにやはり摩耗量が大きく
なった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、被覆超硬合金工具の被覆層としてアル
ミナ被覆層を有するにもかかわらず、アルミナ層の膜厚
と全被覆層の全膜厚とを最適化することによって、優れ
た耐摩耗性と共に優れた靭硅をも兼ね備え機械的及び熱
的衝撃の激しい切削様式にも使用できる被覆超硬合金工
具を提供することができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超硬合金からなる基体と、該基体表面に形成した
    チタンの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、酸窒
    化物、硼窒化物、硼炭窒化物の少なくとも1種からなる
    単層又は多層の第1被覆層と、該第1被覆層表面に形成
    したアルミナの第2被覆層とからなる被覆超硬合金工具
    において、アルミナの第2被覆層の膜厚が0.1〜1.
    2μmであり、第1及び第3被覆層の全膜厚が0.5〜
    3.5μmであることを特徴とする被覆超硬合金工具。
  2. (2)超硬合金からなる基体と、該基体表面に形成した
    チタンの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、酸窒
    化物、硼窒化物、硼炭窒化物の少なくとも1種からなる
    単層又は多層の第1被覆層と、該第1被覆層表面に形成
    したアルミナの第2被覆層と、該アルミナの第2被覆層
    表面に形成したチタン、ジルコニウム又はハフニウムの
    炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、酸窒化物、若
    しくは窒化硼素、窒化アルミニウムの少なくとも1種か
    らなる単層又は多層の第3被覆層とからなる被覆超硬合
    金工具において、アルミナの第2被覆層の膜厚が0.1
    〜1.2μmであり、第1、第2及び第3被覆層の全膜
    厚が0.5〜3.5μmであることを特徴とする被覆超
    硬合金工具。
JP21920586A 1986-09-19 1986-09-19 被覆超硬合金工具 Pending JPS6376877A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5304417A (en) * 1989-06-02 1994-04-19 Air Products And Chemicals, Inc. Graphite/carbon articles for elevated temperature service and method of manufacture

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5304417A (en) * 1989-06-02 1994-04-19 Air Products And Chemicals, Inc. Graphite/carbon articles for elevated temperature service and method of manufacture

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