JPH0130910B2 - - Google Patents

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JPH0130910B2
JPH0130910B2 JP61296410A JP29641086A JPH0130910B2 JP H0130910 B2 JPH0130910 B2 JP H0130910B2 JP 61296410 A JP61296410 A JP 61296410A JP 29641086 A JP29641086 A JP 29641086A JP H0130910 B2 JPH0130910 B2 JP H0130910B2
Authority
JP
Japan
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coating
thickness
tic
tin
layer
Prior art date
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Expired
Application number
JP61296410A
Other languages
English (en)
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JPS62142768A (ja
Inventor
Kunio Shibuki
Motonori Natori
Hiroshi Murakami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Publication date
Priority claimed from JP9953277A external-priority patent/JPS5434189A/ja
Application filed by Toshiba Tungaloy Co Ltd filed Critical Toshiba Tungaloy Co Ltd
Priority to JP29641086A priority Critical patent/JPS62142768A/ja
Publication of JPS62142768A publication Critical patent/JPS62142768A/ja
Publication of JPH0130910B2 publication Critical patent/JPH0130910B2/ja
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  • Milling Processes (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は4層以上の多層被覆を施した切削工具
に係り、特に緻密で高硬度の表面を有する切削工
具に関する。 超硬合金又は高速度鋼からなる硬質物質上に高
硬度高融点物質を被覆することは、化学蒸着法な
どにより主として切削工具材料に応用され、被覆
構造、被覆方法について多くの提案がなされてい
る。 しかし、この化学蒸着法などでは微量ずつ付着
する際に、既に付着している部分の影響を受け
て、被覆物質である炭化物又は窒化物の粒子が柱
状に成長して大きくなる傾向がある。したがつ
て、被覆層が厚くなるにつれて、被覆層表面の炭
化物または窒化物の粒子は、粗大となり微密度が
低下する。 このように緻密度が低下した被覆層は、粗大化
した粒子間に応力の集中が起りやすく切削工具の
ように、繰返し衝撃荷重下に置かれると粗大粒子
間の応力集中点を起点として被覆層にクラツクが
入り、これによつて剥離しやすくなるという欠点
があつた。 そして、このような欠点を除去する方法として
たとえば炭化物と窒化物とを交互に多層に被覆す
ることにより改良する方法が公知である。しかし
この炭化物と窒化物とを交互に多層被覆する方法
は、被覆層表面を緻密にする点では効果的である
が別な面で欠点を有しまだ十分ではない。たとえ
ばTiCとTiNの熱膨脹はそれぞれ7.4×10-6/℃、
9.35×10-6/℃であるように、炭化物と窒化物と
では熱膨脹差が違うことにより、これらが交互に
多層被覆される各々の境界面に内部歪が蓄積され
るからである。さらに、炭化物と窒化物とは異種
の合金であるため、被覆進行中に多少の相互拡散
があるとはいえ、やはり前述した熱膨脹差による
内部歪と相まつて、その結合強度が弱く、切削工
具として使用した場合、炭化物および窒化物間が
剥利しやすい欠点をもつている。 本発明は、前記多層被覆における被覆層の緻密
化の利点を活かし、一方前述した炭化物と窒化物
との多層被層の欠点を除去するためなされたもの
である。 すなわち、本発明は、超硬合金からなる工具母
材上には、高硬度高融点物質からなる4層以上の
被覆層が被覆されるようにした多層被覆を施した
切削工具において、前記被覆層はTiC、TiN、Ti
(C、N)、Ti(C、O)、Ti(N、O)、Ti(C、
N、O)の6種から選択して異種の隣接層(ただ
し、TiC、TiNの隣接層を除く)が形成され、し
かも各層の厚さA1、A2、A3、……Aoがそれぞれ
1〜0.3μmの範囲内で設定され、また各層間の厚
さ比A1/A2、A2/A3……Ao-1/Aoがそれぞれ
1/10〜10/1の範囲内にあつて、全被覆層の厚
さA1+A2+A3+……+Aoが15μm以下となるよ
うにしたものである。 したがつて本発明により得られる切削工具は、
相互拡散が十分でありしかも粒成長は抑制され
る。また炭窒化物の場合は、熱膨張係数が、その
構成比に従つてその中間の値となるため、炭化物
と窒化物とが接するよりはるかに熱膨脹差による
内部歪が少なくなる。 以上により本発明品は、炭化物と窒化物の多層
被覆による粒成長抑制方法の欠点である炭化物と
窒化物との接合強度不足、熱膨脹差の大きいこと
による内部歪の増大の欠点を必ず同種のチタンの
固溶体と接することにより除去したものである。 たとえば、被覆を化学蒸着法で行なう場合に
は、TiC被覆では以下のように反応する。 TiCl4+CH4→TiC+4HCl また、TiN被覆では、以下のように反応する。 TiCl4+2H2+1/2N2 →TiN+4HCl さらに、TiCとTiNの固溶体は以下のように反
応する。 2TiCl4+CH4+2H2+1/2N2→TiC+TiN+8HCl したがつて、多被覆の場合TiCl4ガス、CH4ガ
ス、H2ガス、N2ガスの流量を調整することによ
り容易にできる。また酸素を含ませる場合には、
前記反応ガス中にCO又はCO2ガスを添加すれば
よい。 本発明の好適な実施例としては、2種のものを
選択した場合には、TiC−Ti(C、N)、TiC−Ti
(C、N、O)、TiN−Ti(C、N)、TiN−Ti
(C、N、O)、Ti(C、O)−Ti(C、N)、Ti
(C、O)−Ti(C、N、O)、Ti(N、O)−Ti
(C、N)、Ti(N、O)−Ti(C、N、O)、Ti
(C、N)−TiC、Ti(C、N)−TiN、Ti(C、
N、O)−TiC、Ti(C、N、O)−TiNなどをあ
げることができ、これらの組合せを交互に繰返す
ことにより多層被覆することができる。 そして、これらの組合せ順で4層以上の多層被
覆した場合各層の厚さA1、A2、A3、……Aoがそ
れぞれ1〜0.3μmの範囲にあることが必要であ
る。また各層間の厚さ比A1/A2、A2/A3、……
Ao-1/Aoがそれぞれ1/10〜10/1であること
も必要である。 さらに、全被覆量A1+A2+A3+……+Aoにつ
いては15μm以下であることも必要である。 そして、これらの条件を充たした場合、各層の
粒子は異常成長することなく微細であり切削工具
として使用した場合、単層被覆の従来例よりも摩
耗が少なくしかも被覆層の耐剥離性も良好ですぐ
れた性能を発揮した。 本発明で多層被覆することにより粒子が微細で
緻密である理由は必ずしも明らかではない。しか
し、同一成分の結晶析出が続くと結晶のできやす
い方向が揃つてきて大きな結晶ができやすくなる
ことが考えられる。 被覆層の厚みと結晶粒の大きさの関係は、第1
図に示すように被覆層厚3μmまでは徐々に大き
くなつていき、3μm以上になると急激に粒子は
大きくなる。したがつて、1つの層厚A1、A2、
A3、……Aoは少なくとも3μm以下であり、最適
には影響の少ない1μm以下である。 また各層の厚さ比A1/A2、A2/A3、……
AN-1/Aoがそれぞれ1/10〜10/1範囲でなけ
ればならない。これは、前述した被覆層の粒成長
抑制の効果からくるものである。すなわち、被覆
層があまり薄くなりすぎると隣接の被覆層の粒成
長抑制の効果がなくなるからである。 また他の実施例としては、被覆層が、TiC、
TiN、Ti(C、N)、Ti(C、O)、Ti(N、O)、
Ti(C、N、O)、の中から3種が選択され、こ
れらの選択順に従つて4層以上を形成した場合に
あげることができる。 これらの場合においても、各層の厚さ、各層間
の厚さの比、全被覆層厚は前述した条件に従うこ
とは必要である。 なお前述した6種の各種の組合せについても、
同様に試料を作成したがいずれも同様の効果が認
められた。 実験例 1 実験例1は、超硬合金からなるスローアウエイ
チツプを工具母材として、Ti(C、N)−TiC−
Ti(C、N)−TiCの4層を被覆した場合(No.1〜
No.5)およびTi(C、N)−TiN−Ti(C、N)−
TiNの4層を被覆した場合(No.6〜No.10)であ
る。これらの場合工具母材側から第1層〜第4層
としたものであり、被覆層の厚さ、厚さ比につい
ては、第1表に示されるとおりである。
【表】 切削試験は、第1表に示される本発明品によつ
て、S48Cを連続旋削したものである。このとき
の切削条件は、切削速度V=160m/min、送り
f=0.3mm/rev、切込みd=1.5mmを設定したも
のである。 この結果、TiC、TiNをそれぞれ4μm被覆した
従来品は、20分間切削時点でクレーターが発生し
たが、本発明品は、同時点でいずれもクレーター
が認められなかつた。 なお、本発明品間では、No.1〜No.5の方がNo.6
〜No.10よりも耐摩耗性および耐剥離性が良かつ
た。これは、高硬度で密着性のよいTiC成分が多
いためである。また、No.1〜No.5の順で被覆層が
厚くなつているため耐摩耗性が良かつた。 実験例 2 実験例2は、超硬合金からなるスローアウエイ
チツプを工具母材として、TiC−Ti(C、N)−
TiN−Ti(C、N)−TiCの5層を被覆した場合
(No.11〜No.15)およびTiN−Ti(C、N)−TiC−
Ti(C、N)−TiNの5層を被覆した場合(No.16
〜No.20)である。そして、被覆層の厚さ、厚さ比
については、第2表に示されるとおりである。
【表】 切削試験は、第2表に示される本発明品によつ
て、SCM−4の丸棒を連続外周旋削したもので
ある。このときの切削条件は、切削速度V=150
m/min、送りf=0.3mm/rev、切込みd=1.5mm
としたものである。 この結果、比較の従来品(TiC5μm単層被覆)
は、20分切削時点ですくい面にクレーターを生じ
たが、本発明品は、同時点でいずれもクレーター
を生じなかつた。 また、本発明品間では、No.11〜No.15の方がNo.16
〜No.20よりも耐摩耗性、耐欠損性が良好であつ
た。これは、高硬度で密着性のよいTiC成分が多
かつたことによる。さらに、また、No.11〜No.15の
順で耐摩耗性および耐欠損性が良かつた。これ
は、全被覆層の厚さが厚いためである。 実験例 3 実験例3は、超硬合金からなるスローアウエイ
チツプを工具母材として、TiC−Ti(C、O)−
Ti(C、N、O)−TiN−Ti(N、O)の6層を被
覆した場合(No.21〜No.25)およびTi(C、O)−
TiN−Ti(C、O)−TiN−Ti(C、O)−TiNの
6層を被覆した場合(No.26〜No.30)である。そし
て、被覆層の厚さ、厚さ比については第3表に示
されるとおりである。
【表】 切削試験は、第3表に示される本発明品で、
S55Cの丸棒を外周連続旋削したものである。こ
のときの切削条件は、切削速度V=160m/min、
送りf=0.3mm/rev、切込みd=1.5mmとした。 この結果、比較の従来品(4μm厚さのTiN単
層被覆)は、20分切削時点でクレーターを発生し
たが、本発明品は、いずれも同時点でクレーター
を生じなかつた。これは、本発明品の被覆層が緻
密化されているためである。 また、本発明品間では、No.26〜No.30の方が耐摩
耗性が良かつた。これは、高硬度であるTiCおよ
びTi(C、O)成分が多かつたことによる。 なお、全被覆層の厚さについて各種の試験をし
てみたが、15μmをこえるものについては、被膜
の剥離が起り易く実用的ではなかつた。また層厚
が0.3μm未満の場合には、粒成長抑制効果が弱
く、実用的でないことも確認された。これは、各
層間の厚さ比1/10〜10/1と各層の厚さ制限
1μm以下から導き出された結果である。 本発明は以上説明したように、超硬合金上に、
TiC、TiN、Ti(C、N)、Ti(C、O)、Ti(N、
O)、Ti(C、N、O)の6種から選択された少
なくとも2種の4層以上が、異種の隣接層(ただ
し、TiC、TiNの隣接層を除く)として形成さ
れ、その被覆層の厚さ、厚さ比、全被覆層厚さを
特定し、これにより粒成長が抑制されたものであ
る。したがつて、特に緻密で高硬度の表面を有す
る切削工具が提供され、その切削能率の向上を期
待できるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、被覆層の厚さと結晶粒の大きさとの
関係を示した曲線図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 超硬合金からなる工具母材上には、高硬度高
    融点物質からなる4層以上の被覆層が被層される
    ようにした多層被覆を施した切削工具において、 前記被覆層はTiC、TiN、Ti(C、N)、Ti
    (C、O)、Ti(N、O)Ti(C、N、O)の6種
    から選択して異種の隣接層(ただし、TiC、TiN
    の隣接層を除く)が形成され、しかも各層の厚さ
    A1、A2、A3、……Aoがそれぞれ1〜0.3μmの範
    囲内で設定され、また各層間の厚さ比A1/A2、
    A2/A3……Ao-1/Aoがそれぞれ1/10〜10/1
    の範囲内にあつて、全被覆層の厚さA1+A2+A3
    +……+Aoが15μm以下であることを特徴とする
    多層被覆を施した切削工具。
JP29641086A 1977-08-22 1986-12-12 多層被覆を施した切削工具 Granted JPS62142768A (ja)

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JPS62142768A JPS62142768A (ja) 1987-06-26
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