JPS6389666A - 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents

表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具

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JPS6389666A
JPS6389666A JP61235726A JP23572686A JPS6389666A JP S6389666 A JPS6389666 A JP S6389666A JP 61235726 A JP61235726 A JP 61235726A JP 23572686 A JP23572686 A JP 23572686A JP S6389666 A JPS6389666 A JP S6389666A
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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、すぐれた耐摩耗性と靭性を有し、鋼の連続
切削は勿論のこと、特に鋼の断続切削に用いた場合にす
ぐれた切削性能を発揮する表面被覆炭化タングステン基
超硬合金製切削工具（以下被覆超硬工具と略記する）に
関するものである。
〔従来の技術〕
従来、一般に、原料粉末として、例えば（Ｔｉ゜ｗ）ｃ
粉末、ＴｉＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、（Ｔａ、
Ｎｂ　）　Ｃ粉末、ｗｅＣ粉末およびＣｏ粉末などを用
い、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、混合し
た後、圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、圧
カニ　ｌ　Ｏ””’　ｔｏｒｒ以下の真空中、１３００
〜１５ｏＯ℃の範囲内の所定温度に、１〜２時間の範囲
内の所定時間保持の条件で焼結することによシ製造した
、 硬質分散相形成成分として、ＴｉとＷの複合金属炭化物
（以下、（Ｔｉ、　Ｗ　）　Ｃで示す）、ＴｉとＮｂと
Ｗの複合金属炭化物（以下、（Ｔｉ、Ｎｂ、　Ｗ　）　
Ｃで示す）、ＴｉとＴａとＷの複合金属炭化物（以下、
（Ｔｉ　、　Ｔａ、　　Ｗ　）　Ｃで示す）、およびＴ
ｉとＮｂとＴａとＷの複合金属炭化物（以下、（Ｔｉ、
　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ　）・Ｃで示す）のうちのいずれ
か１種：５〜３０％、結合相形成成分としてのＣｏ：４
〜１０％、を含有し、残シが同じく硬質分散相形成成分
としての炭化タングステン（以下ＷＣで示す）と不可避
不純物からなる組成（以上重量％、以下チは重量％を示
す）を有するｗＣＣ超超硬合金構成された基体の表面に
、通常の化学蒸着法や物理蒸着法を用いて、 ＴｉＣからなる平均層厚：２〜８μｍの内層と、炭酸化
チタン（以下ＴｉＣ０で示す）、炭窒酸化チタン（以下
ＴｉＣＮ０で示す）、および酸化アルミニウム（以下Ｍ
２Ｏ３で示す）のうちの１種の単層または２種の複層か
らなる平均層厚：０．３〜３μｍの外層、 で構成された表面硬質層を被覆してなる被覆超硬工具が
広く知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記の従来被覆超硬工具ば、鋼の連続切削では
すぐれた耐摩耗性を示すが、これを鋼の断続切削に用い
た場合には、基体の靭性不足が原因で切刃に欠損が発生
し易く、比較的短時間で使用寿命に到るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の
従来被覆超硬工具における基体の靭性を向上させるべく
研究を行なった結果、 （ａ）　　原料粉末として、例えば（Ｔｉ、　Ｗ　）　
ＣＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｔａ
Ｃ粉末、（Ｔａ、　Ｎｂ　）　Ｃ粉末、ＷＣ粉末、およ
びＣｏ粉末などを用い、これらの原料粉末を、Ｎ含有粉
末を必須配合粉末として、所定の配合組成に配合し、通
常の条件で混合した後、圧粉体にプレス成形し、ついで
この圧粉体を、圧カニ　ｌ　Ｏ−”ｕｏｒｒ以下の真空
中、１３００〜１５００℃の範囲内の所定温度に、１〜
２時間の範囲内の所定時間保持の条件で焼結すると、 内部が、 硬質分散相形成成分として、ＴｉとＷの複合金属炭窒化
物（以下、（Ｔｉ、Ｗ）ＣＮで示す）、ＴｉとＮｂとＷ
の複合金属炭化物（以下、（Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｗ　）・
ＣＮで示す）、ＴｉとＴａとＷの複合金属炭窒化物（以
下、（Ｔｉ、Ｔａ、　Ｗ　）　ＣＮで示す）、およびＴ
ｉとＮｂとＴａとＷの複合金属炭窒化物（以下、（Ｔｉ
゜Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ　）　ＣＮで示す）のうちのいず
れか１種＝５〜３０％、 結合相形成成分として、Ｃｏ：４〜１０％、を含有し、
残シが同じく硬質分散相形成成分としてのｗｅと不可避
不純物からなる組成を有し、かつ表面部に、焼結におけ
る真空雰囲気によるＮの分解と分解に伴う複合金属炭窒
化物の内部への移動によって、所定深さに亘って、実質
的に上記複合金属炭窒化物を含有しない、すなわち内部
に比して高い５〜３０％のＣｏを含有し、一方ｗｅ含有
量はほとんど変らない組成を有するＣｏ富化層を有する
ｗｅ基超超硬合金形成でき、このｗｅ基超超硬合金、表
面部に形成されたＣｏ富化層によって、すぐれた靭性を
もつようになるので、これを、ＴｉＣからなる内層と、
ＴｉＣ０１ＴｉＣＮＯ、およびＡｌ２Ｏ３のうちの１種
の単層または２種の複層からなる外層で構成された表面
硬質層が被覆された被覆超硬工具の基体として用いると
、この結果の被覆超硬工具はすぐれた靭性をもつように
なること。
（ｂ）シかし、基体として、上記の表面部にＣｏ富化層
を有するＷＣＣ超超硬合金用いた被覆超硬工具において
は、靭性が向上し、鋼の断続切削ですぐれた切削性能を
発揮するようになるものの、反面、内層としてのＴｉＣ
層形成時に、基体表面部のＣｏ富化層から前記ＴｉＣ層
内に、Ｗ成分あるいはＷとＣｏ成分が拡散するために、
表面硬質層の耐摩耗性が全体的に低下するようになって
、鋼の連続切削では所望の切削性能を示さなくなること
。
（Ｃ）シかして、上記の表面部にＣｏ富化層を有するＷ
ＣＣ超超硬合金基体表面に、上記の表面硬質層を被覆形
成するに際して、まずＴｉＣからなる下地層を被覆形成
し、この上に炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）お
よびＴｉＮのうちの１種の単層または２種の複層を被覆
形成した状態で、内層としてのＴｉＣ層を被覆形成する
と、前記下地層のＴｉＣ層には基体表面部のＷ成分、ま
たはＷとＣｏ成分が拡散するが、前記ＴｉＣＮ層および
ＴｉＮ層によってこれら成分の拡散は防止されることか
ら、前記内層としてのＴｉＣ層には基体からの成分拡散
がなく、この結果上記表面硬質層はすぐれた耐摩耗性を
もつようになること。
以上（ａ）〜（Ｃ）に示される知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、内部が、 硬質分散相形成成分として、（Ｔｉ、Ｗ）ＣＮ、（Ｔｉ
、Ｎｂ、　　Ｗ　）　ＣＮ、　　（Ｔｉ、Ｔａ、　　Ｗ
　）　ＣＮ、および（Ｔｉ　、Ｎｂ、　Ｔａ　、　Ｗ　
）　ＣＮのうちのいずれか１種の複合金属炭窒化物＝５
〜３０％、 結合相形成成分として、Ｃｏ：４〜１０％、を含有し、
残シが同じく硬質分散相形成成分としてのＷ９と不可避
不純物から々る組成を有し、かつ、表面部に、５〜３０
μｍの深さに亘って、実質的に一上記複合金属炭窒化物
を含有しないＣｏ富化層を有するｗｅ基超超硬合金基体
表面に、基体からのＷ成分、またはＷとＣｏ成分を拡散
含有するＴｉＣからなる平均層厚：０．５〜３μｍの下
地層と、 ＴｉＣＮおよびＴｉＮのうちのｌａ［の単層または２種
の複層からなる平均層厚＝０．５〜３μｍの拡散防止層
と、 ＴｉＣからなる平均層厚＝２〜５μｍの内層と、ＴｉＣ
０，ＴｉＣＮ層、およびＭ、２０３のうちの１種の単層
または２種の複層からなる平均層厚＝０．３〜３μｍの
外層、 で構成された表面硬質層を被覆してなる被覆超硬工具に
特徴を有するものである。
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、各種の条件
を上記の通シに限定した理由を説明する。
（ａ）　　複合金属炭窒化物の含有量 基体における複合金属炭窒化物には、基体の耐熱性を向
上させる作用があるが、その含有量が５−未満では所望
の耐熱性を確保することができず、一方その含有量が３
０％を越えると靭性が低下するようになることから、そ
の含有量を５〜３０チと定めた。
（ｂ）　　Ｃｏの含有量 基体におけるＣｏには靭性を向上させる作用があるが、
その含有量が４％未満では所望の靭性を確保することが
できず、一方その含有量が１０チを越えると、変形し易
くなることから、その含有量を４〜１０％と定めた。
（ｃ）　　Ｃｏ富化層の深さ 基体表面部におけるＣｏ富化層の表面からの深さが５μ
ｍ未満では所望の靭性を確保することができず、一方そ
の深さが３０μｍを越えると、耐摩耗性低下の原因とな
ることから、その深さを５〜３０μｍと定めた。
（ｄ）　　下地層の平均層厚 下地層には、基体表面部から拡散したＷ成分やＣｏ成分
を収容含有し、かつ表面硬質層の基体表面に対する付着
強度を向上させる作用があるが、その平均層厚が０．５
μｍ未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の平均層厚が３μｍを越えても前記作用は飽和するだけ
で、むしろ内層や外層の層厚が制約を受けるようになる
ことから、その平均層厚を０．５〜３μｍと定めた。
（、）　　拡散防止層の平均層厚 その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の拡散防止効
果が得られず、一方その平均層厚が３μｍを越えると、
表面硬質層の耐摩耗性が低下するようになることから、
その平均層厚を０．５〜３μｍと定めた。
（ｆ）　　内層および外層の平均層厚 内層の平均層厚が２μｍ未満でも、また外層の平均層厚
が０．３μｍ未満でも、所望のすぐれた耐摩耗性を確保
することができず、一方向層の平均層厚が５μｍを越え
ても、また外層の平均層厚が３μｍを越えても表面硬質
層の耐欠損性が低下するようになることから、内層の平
均層厚を２〜５μｍ、外層の平均層厚を０．３〜３μｍ
と定めた。
〔実施例〕
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例によシ具体的
に説明する。
原料粉末として、いずれも平均粒径二１μｍを有する（
　Ｔｉ０．７１．　Ｗ０．２９　）　（ｃ０．６ｑ　Ｎ
０．ｓｌ）粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、ＮｂＣ粉末
、ＴａＣ粉末、（Ｔａ０．８３．Ｎｂ０．１７）Ｃ粉末
、同３．５μｍのｗｅＣ粉末および同１．２μｍのＣｏ
Ｃ粉末用意し、これら原料粉末を、それぞれ第１表に示
される配合組成に配合し、ボールミルにて７２時時間式
混合し、乾燥した後、１０　ｋｇ／１ｌＬ２　ノ圧力に
てＩＳＯ規格ＳＮＭ（）１２０４０８に則した形状の圧
粉体にプレス成形し、ついでこれらの圧粉体を、圧カニ
　１０−５ｔｏｒｒの真空中、温度：１４２０℃に１．
５時間保持の条件で焼結することによって、第１表に示
される内部組成を有し、かつ表面部に同じく第１表に示
される中心部Ｃｏ含有量および平均深さの実質的に複合
金属炭窒化物を含有しないＣｏ富化層が形成された本発
明被覆超硬工具用基体Ａ−Ｅをそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、原料粉末として、いずれも平均粒
径：１μｍを有する（　ＴｉＯ，５８，ＷＯ，４２）　
Ｃ粉末−１ＴｉＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、およ
び（Ｔａ０．ｓｓ、　Ｎｂ０．１７　）　Ｃ粉末、同３
．５μｍのＷＣ粉末、同１．２μｍのＣｏＣ粉末用い、
かつ第１表に示される配合組成とする以外は、同一の条
件で、同じく第１表に示される内部組成を有し、かつ表
面から内部まで均一な組織を有する従来被覆超硬工具用
基体Ａ′〜Ｅ′をそれぞれ製造した。
ついで、この結果得られた各種の基体を用い、その表面
に、通常の化学蒸着法にて、第２表に示される組成およ
び平均層厚の表面硬質層を形成することによって、本発
明被覆超硬工具１〜６、従来被覆超硬工具１〜６、およ
び下地層および拡散防止層のない比較被覆超硬工具１〜
３を製造した。
つぎに、これらの被覆超硬工具について、被削材：　Ｓ
Ｎ０Ｍ４３９　（硬さ：ＨＢ２６０）の丸棒、切削速度
二２００ｍ／ｍ、 送シ：　０．３　ｍｌ　ｒｅｖ、、 切込み：１．５鴎、 切削時間：１５阻、 の条件での鋼の乾式連続切削試験（以下切削試験Ａとい
う）、 被削材：　ＳＮ０Ｍ４３９（硬さ：ＨＢ２８０）の丸棒
、切削速度：　１４０　ｍｌｍｉａ、 送り：　０．４　ｙｕａ／　ｒｅｖ、、切込み：２ｍ１
ｍ、 切削時間：１５ｍ１ａ、 の条件での鋼の乾式連続切削試験（以下切削試験Ｂとい
う）、並びに、 被削材：　ＳＮＣＭ　４３９　（硬さ：ＨＢ３１０）の
溝つき丸棒、 切削速度：１４０ｍ／ｍ、 送り：　０．　２５　ｍｌ　ｒｅｖ、、切込み＝２０、 の条件での鋼の乾式断続切削試験（以下切削試験Ｃとい
う）を行ない、切削試験Ａ、Ｂでは切刃の逃げ面摩耗幅
を測定し、また切削試験Ｃでは切刃に欠損が発生するま
での切削時間を測定した。これらの測定結果を第３表に
、試験切刃数二１０個の平均値として示した。
〔発明の効果〕
第３表に示される結果から、本発明被覆超硬工具１〜６
は、いずれも基体表面部のｃｏ富化層によってすぐれた
靭性が確保され、またＷ成分やＣｏ酸成分拡散含有しな
い内層と、外層とによってすぐれた耐摩耗性が確保され
るので、鋼の連続切削および断続切削のいずれでもすぐ
れた切削性能を示第　　３　　表 すのに対して、従来被覆超硬工具１〜６においては、基
体組織が表面から内部まで均質なので、鋼の連続切削で
は比較的すぐれた切削性能を示すものの、鋼の断続切削
では、基体の靭性不足が原因して短時間で使用寿命に到
るものであシ、また比較被覆超硬工具１〜３においては
、すぐれた靭性を有し、鋼の断続切削ではすぐれた切削
性能を示すものの、表面硬質層中に下地層および拡散防
止層の形成がないので、内層形成時にｃｏ富化層のＷ成
分やＣｏ酸成分内層内に拡散するのを避けることができ
ず、これが原因で鋼の連続切削では摩耗の進行が著しく
促進されるようになることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、すぐれた耐
摩耗性と靭性を兼ね備えているので、特に鋼の連続切削
および断続切削のいずれにおいても、すぐれた切削性能
を発揮するのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 内部が、重量％で、 硬質分散相形成成分として、ＴｉとＷの複合金属炭窒化
    物、ＴｉとＮｂとＷの複合金属炭窒化物、ＴｉとＴａと
    Ｗの複合金属炭窒化物、およびＴｉとＮｂとＴａとＷの
    複合金属炭窒化物のうちのいずれか１種：５〜３０％、 結合相形成成分として、Ｃｏ：４〜１０％、を含有し、
    残りが同じく硬質分散相形成成分としての炭化タングス
    テンと不可避不純物からなる組成を有し、 かつ表面部に、５〜３０μｍの深さに亘って、実質的に
    上記複合金属炭窒化物を含有しないＣｏ富化層を有する
    炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、 基体からのＷ成分、またはＷとＣｏ成分を拡散含有する
    炭化チタンからなる平均層厚：０．５〜３μｍの下地層
    と、 炭窒化チタンおよび窒化チタンのうちの１種の単層また
    は２種の複層からなる平均層厚：０．５〜３μｍの拡散
    防止層と、 炭化チタンからなる平均層厚：２〜５μｍの内層と、 炭酸化チタン、炭窒酸化チタン、および酸化アルミニウ
    ムのうちの１種の単層または２種の複層からなる平均層
    厚：０．３〜３μｍの外層、で構成された表面硬質層を
    被覆してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切
    削工具。
JP61235726A 1986-10-03 1986-10-03 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 Expired - Lifetime JPH0732961B2 (ja)

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JPH0732961B2 JPH0732961B2 (ja) 1995-04-12

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