JPH02269509A - 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具部材 - Google Patents

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、硬質被覆層の基体表面に対する密着性かき
わめて高く、連続切削は勿論のこと、特に断続切削に用
いた場合にも硬質被覆層の剥離が抑制されるので、著し
く長期に亘ってすぐれた性能を発揮するようになる表面
被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具部材（以下
、被覆超硬切削工具と略記する）に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、炭化タングステン（以下ＷＣで示す）基超硬合金
基体の表面に、化学蒸着法（ＣＶＤ法）または物理蒸着
法（ＰＶＤ法）によりＴｉの炭化物、窒化物、および炭
窒化物（以下、それぞれＴｉＣ，ＴｉＮ、およびＴｉＣ
Ｎで示す）のうちの１種の単層または２種以上の複層、
並びに必要に応じて酸化アルミニウム（以下ＡＪ７２０
３で示す）の最上層からなる平均層厚：１〜１０μｍの
硬質被覆層を形成してなる被覆超硬切削工具が、鋼など
の連続切削や断続切削に用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、近年、切削工程の省力化および短縮化に対する要
求は強く、これに伴ない苛酷な条件下での切削が強いら
れる傾向にあるが、特に断続切削に際し、被覆超硬切削
工具の硬質被覆層に剥離か発生し易く、比較的短時間の
使用寿命しか示さないのが現状である。

〔課題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
従来被覆超硬切削工具に着目し、これの硬質被覆層の基
体表面からの剥離を抑制すべく、まず、従来被覆超硬切
削工具の硬質被覆層に剥離が発生し易い原因を追及した
ところ、その１つは、硬質被覆層と基体との熱膨張係数
か大きく異ること、すなわち硬質被覆層を構成するＴＩ
Ｃの熱膨張係数が８．６Ｘ１０６／’Ｃ，同ＴｉＮが９
，８×１０　　／’Ｃ１および同ＴｉＣＮが９．４Ｘｌ
Ｏ’／℃であるのに対して、ＷＣＣ超超硬合金基体それ
は約５Ｘ１０６／’Ｃであることに原因があり、もう１
つは、硬質被覆層形成時に基体の構成成分（はとんどの
場合Ｇｏなので、以下Ｃｏという）が、これに固溶した
Ｗ成分と共に、硬質被覆層中に拡散移動し、Ｃｏ移動後
の基体表面部にはボアが形成されるようになり、このボ
アの形成も硬質被覆層の密着性低下の原因となるという
結論に達し、しかして、これらの問題点を解決すべく研
究を行なった結果、硬質被覆層と基体との間に下地層と
してＺｒの炭化物、窒化物、および炭窒化物（以下、そ
れぞれＺｒＣ，ＺｒＮ、およびＺｒＣＮで示す）のうち
の１種からなる単層を、硬質被覆層に対して相対的に薄
い層厚の状態で介在させると、前記下地層は、これを構
成するＺｒＣの熱膨張係数が７、ＯＸＩＯ／℃、同Ｚｒ
Ｎが７．９Ｘ１０−６／’Ｃ１お＝６ よび同ＺｒＣＮが７．ＧＸｌｏ　６／℃であるように、
硬質被覆層と基体との中間的熱膨張係数をもっことから
′、切削時に発生する高熱によって硬質被覆層と基体間
に生じた熱歪が緩和されるようになるばかりでなく、前
記下地層には基体中のＣＯのこれへの拡散移動を阻止す
る性質かあるので、基体の表面部にＣＯの拡散移動によ
るボアが形成されることが防止されるようになるので、
前記下地層自体が基体および硬質被覆層との密着性にす
ぐれていることと相まって、高速切削や、高送りおよび
高切込みなどの重切削は勿論のこと、苛酷な条件下での
断続切削でも硬質被覆層の剥離発生が防止されるように
なり、すぐれた耐摩耗性を著しく長期に亘って発揮する
という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、ＷＣＣ超超硬合金基体表面に、ＺｒＣ，ＺｒＮ、お
よびＺｒＣＮのうちの１種の単層からなる平均層厚：　
０．０５〜１睡の下地層を介して、ＴｉＣ，ＴｉＮ　　
およびＴｉＣＮのうちの１種の単層または２種以上の複
層、並びに必要に応じてＡ　ｉ！２０　ａの最」二層か
らなる平均層厚１〜１０μｍの硬質被覆層を形成してな
る被覆超硬切削工具に特徴を有するものである。

なお、この発明の被覆超硬切削工具において、下地層の
平均層厚を０，０５〜１１ＥＩＩと定めたのは、その層
厚か０．０！ｏｚｍ未満では、所望の熱歪緩和効果およ
びＣｏ拡散移動阻止効果が得られず、一方その層厚は１
μＩまでで十分で、これより厚い層厚になると、下地層
自体が相対的に軟質であることから、切削工具部材自体
の耐摩耗性が低下するようになるという理由によるもの
であり、また硬質被覆層の平均層厚を１〜１０ＩＵとし
たのは、その層厚が１ｕ１ｎ未満では所望の耐摩耗性を
確保することができず、一方その含有量が１０！ＥｒＩ
を越えると、硬質被覆層自体に欠けやチッピングが生じ
るようになるという理由からである。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明・の被覆超硬切削工具を実施例により
具体的に説明する。

原料粉末として、いずれも０．５〜１ＯｕｒｒＩの範囲
内の平均粒径を有するＷＣ粉末、各種の金属炭化物粉末
および複合金属炭化物固溶体粉末、さらにＣｏ粉末を用
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、ボールミルで７２時時間式混合し、乾燥
した後、ｌ　、　５ｔｏｎ／　（！Ｊの圧力で圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体を１×１Ｏ−３ｔｏｒｒの真
空中、１３５０〜１５００℃の範囲内の所定温度に９０
分間保持の条件で焼結して配合組成と実質的に同一の成
分組成をもった焼結体とし、この焼結体に切削加工を施
して、基体形状がＪＩＳ・５ＮＧ４３２に相当するスロ
ーアウェイチップとし、ついでこのＷＣＣ超超硬合金基
体チップ表面に、通常の化学蒸着法にて、第１表に示さ
れる下地層および硬質被覆層を形成することにより本発
明被覆超硬切削工具１〜９をそれぞれ製造した。

また、比較の１」的で、下地層の形成を行なわない以外
は同一の条件で従来被覆超硬切削工具１〜９をそれぞれ
製造した。

この結果得られた各種の被覆超硬切削工具について、ス
クラッチテスタによる臨界剥離荷重を測定すると共に、 被削材：　Ｓ　Ｎ　ＣＭ４３９（硬さ：　ＨＢ　２６０
）の丸棒、切削速度：　２００　ｍ／ｍｉｎ　。

送　　　リ：　０．３　ｍｍ／ｒｅｖ、。

切込み＋　１．５　ｍｍ。

切削時間　１５分。

の条件での鋼の乾式連続高速切削試験、並びに、被削材
：　Ｓ　Ｎ　ＣＭ４３９（硬さ：　ＨＢ３１．０）の溝
つき丸棒 切削速度：　１４０　ｒｎ／ｍｔｎ 送　　　り二〇、２５ｍｍ／　ｒｅｖ、。

切込み：２ｍｍ の条件での鋼の乾式断続切削試験を行ない、前者では切
刃の逃げ面摩耗幅とすくい面摩耗深さを測定し、また後
者では切刃に欠損が発生するまでの切削時間を測定し、
第１表に１０本の試験切刃数の平均値として示した。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明被覆超硬切削工具１
〜９は、いずれも基体と硬質被覆層の中間的熱膨張係数
を有し、かつ基体中のＣＯの硬質被覆層への拡散移動を
阻止する下地層の形成によって、硬質被覆層が強固な密
着強度で基体表面に結合し、切削でも硬質被覆層に剥離
が発生するのが著しく抑制されるようになるので、高速
切削は勿論のこと、苛酷な条件下での断続切削でもすぐ
れた耐摩耗性を示し、著しく長期に亘ってすぐれた切削
性能を発揮するのに対して、前記下地層の形成がない従
来被覆超硬切削工具１〜９では、基体中のＣｏの硬質被
覆層中への拡散移動に加えて、基体と硬質被覆層の急激
な変化によって硬質被覆層に剥離が発生し易く、特に断
続切削ではこれが原因で欠損が発生し易いことか明らか
である。

上述のように、この発明の被覆超硬切削工具は、硬質被
覆層の基体表面に対する密着性がきわめて高く、連続切
削は勿論のこと、特に断続切削に用いた場合にも硬質被
覆層の剥離が著しく抑制されるようになるので、きわめ
て長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するなど工業上
有用な特性を有するのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、Ｚｒ
   の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種の単層
   からなる平均層厚：０．０５〜１μｍの下地層を介して
   、Ｔｉの炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種
   の単層または２種以上の複層からなる平均層厚：１〜１
   ０μｍの硬質被覆層を形成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部材。
2. （２）炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、Ｚｒ
   の炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種の単層
   からなる平均層厚：０．０５〜１μｍの下地層を介して
   、Ｔｉの炭化物、窒化物、および炭窒化物のうちの１種
   の単層または２種以上の複層、並びに酸化アルミニウム
   の最上層からなる平均層厚：１〜１０μｍの硬質被覆層
   を形成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製
   切削工具部材。