JPH0312144B2 - - Google Patents
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Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、切削工具および耐摩耗工具用表面
被覆サーメツト部材に関し、特にマルテンサイト
型組織を有する結合合金中にチタン化合物とバナ
ジウム化合物の微細な粒子が硬質分散相として含
まれているサーメツト表面に、チタン化合物から
なる超硬質被覆層を設けてなる、工具寿命が著し
く改善された切削工具および耐摩耗工具用表面被
覆サーメツト部材に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、高速度鋼（以下、ハイスという）は高い
硬さとすぐれた靭性を有するので、切削工具だけ
でなく、耐摩耗性を必要とする各種の耐摩耗工具
の素材としても広く使用されているが、さらにこ
れら工具の寿命を延ばすため、最近では耐摩耗性
の向上に寄与する種々の金属の炭化物や窒化物を
焼結法によつてハイス中に分散させたサーメツト
が開発されており、一方ハイス表面にチタン化合
物からなる超硬質被覆層を設けると、それによつ
て耐溶着性と耐焼付性が向上し、工具寿命が２〜
10倍延びるところから、このような被覆層をハイ
ス表面に設けることも工業的に広く採用されてい
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 そして上記金属炭化物の代表的なものである炭
化チタンは、焼結時にはサーメツトの焼結性を同
上させるとともに、焼結後はサーメツトの組織中
に分散残存してその耐摩耗性を向上させる作用を
有し、また上記金属窒化物の代表的なものである
窒化チタンは、焼結後サーメツト組織中に分散残
存してサーメツトの耐溶着性と耐焼付性を向上さ
せる作用を有するが、この窒化チタンを結合金属
中に多量に分散させるとサーメツトの靭性が低下
するので、その添加量には限度があり、したがつ
て窒化チタンによる上記の耐溶着性と耐焼付性の
改善には自づから限界があつた。 一方、上記の超硬質層の被覆によつても、工具
寿命の延長は、下記の理由により、必ずしも満足
できるものではなかつた。 (1) 上記被覆層の被覆処理はハイスの焼戻し温度
以下、すなわち、通常500℃附近の温度で行な
われるが、従来のこのような被覆処理だけでは
基体と被覆層との間に十分な付着力が得られ
ず、この被覆層を設けた工具を使用すると、被
覆層が剥離しやすい。 (2) また上記工具は或程度使用した後にも、その
一部を再研摩して繰返し使用されるが、その場
合残存している被覆層は工具寿命を延ばすのに
役立つので、この再研摩を施してもその被覆ハ
イス工具の寿命は被覆しなかつたハイス工具に
比べて改善されるけれども、再研摩で被覆層が
失なわれることによつて露出した母材表面の耐
摩耗性が結局工具寿命を左右するので、超硬質
被覆層による工具寿命改善の効果は個々の実作
業において一定しない。 したがつて、このような超硬質被覆層によつて
工具寿命を延ばそうとしても、その効果は不安定
で予測できないため、実作業では個々の例につい
て効果を確かめながら、その応用をはかつている
のが現状である。 〔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、
マルテンサイト型組織を有するハイス母合金中に
硬質粒子が分散しているサーメツト表面に超硬質
層が被覆されている、切削工具および耐摩耗工具
用の表面被覆部材の工具寿命を改善すべく、種々
研究を重ねた結果、下記の知見、すなわち、 () 約500℃という被覆温度では、被覆物質の
蒸着時における原子の拡散距離がきわめて短か
い上に、チタン原子は鉄基基体中に拡散しにく
いため、チタン化合物からなる被覆層と鉄基基
体との間には強いが付着力が得られないのに対
し、この基体中にチタン化合物からなる分散相
が存在すると、その分散相と被覆相との接合面
においてチタン原子の再配列が起きてチタン分
散相と被覆相とがチタン原子を介して一体とな
つた構造、すなわち被覆層が基体中に根を下し
た構造が形成され、それによつて被覆層と基体
との間に強い結合力を生じ、その結合力を接合
面全体に強く発揮させるためには、チタン化合
物の含有量をサーメツト中で５重量％以上にし
なければならないこと、 () 結合合金中に分散させる窒化チタン（以下
TiNで示す）および／またはTiCxNy（ただし
ｘ＜ｙ）粒子の平均粒径を5μｍ以下とすると
焼結性が改善されるので、これを５〜20容量％
と多量に含有させてもサーメツトの靭性が低下
しないこと、 () したがつて、サーメツトの靭性を低下させ
ることなく、TiNおよびTiCxNy（ｘ＜ｙ）の
含有量を増大できて、これらが元来備えている
耐溶着性および耐焼付性を強力に発揮できるた
め、使用中の工具の一部を再研摩することによ
つて基体が工具表面に露出しても、その基体自
体が従来のハイスやサーメツトと比べて耐溶着
性と耐焼付性にすぐれ、ひいてはその耐摩耗性
が向上して、被覆層のすぐれた耐摩耗性と十分
釣合がとれるので、結局工具全体として安定し
た工具寿命が得られること、 を見出した。 この発明は、上記知見に基いて発明されたもの
であつて、 平均粒径：5μｍ以下のTiNおよびNiCxNy（た
だしｘ＜ｙ）のうちの１種または２種の粒子であ
る第一の粒子：D1および同5μｍ以下の炭化バナ
ジウム（以下VCで示す）および（Vx、My）Ｃ
（ただしＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、
Ｗのうちから選ばれた１種または２種以上の元素
であり、かつｘ＞ｙ）のうちの１種または２種の
粒子である第二の粒子：D2からなる分散相と、 Cr：3.5〜６％、Ｗ＋Mo：４〜20％、Ｖ：３〜
６％、CoまたはCo＋Ni（ただしNi／Co＋Ni：３
％以下）：２〜15％、Ｃ：0.5〜2.0％、およびFe
＋不可避不純物：残り、からなる組成を有する
（以下重量％）、焼入れおよび焼戻しの熱処理を受
けたマルテンサイト型組織を有する結合相、とか
らなるサーメツトであつて、そのD1、D2および
結合相に関する組成が、D1：５〜20容量％、
D2：５〜30容量％および結合相：残り、である
前記サーメツトを基体とし、 その基体表面にTi、一窒化二チタン、（以下
Ti2Nで示す）、TinおよびTiCxNy（ただしｘ＜
ｙ）のうちの、いずれか１種からなる単一層（た
だしTiの場合は除く）、またはいずれか２種以上
からなる複合層、あるいはこれらの単一層と複合
層とを各１層以上組合せた多重層からなるビツカ
ース硬さHv：2000Kg／mm2以上を有する厚み：１
〜10μｍの超硬質被覆層を設けてなる、切削工具
および耐摩耗工具用表面被覆サーメツト部材 を提供するものである。 つぎに、この発明において、成分組成範囲、粒
子寸法、被覆層のビツカース硬さおよび層厚を上
記のとおりに限定した理由を述べる。 Ａ 基体 (a) 結合相 結合相を形成する母合金は、粉末状のハイ
スを焼結することによつて得られる、Cr：
3.5〜６％、Ｗ＋Mo：４〜20％、Ｖ：３〜６
％、CoまたはCo＋Ni（ただしNi／Co＋Ni：
３％以下）：２〜15％、Ｃ：0.5〜2.0％、お
よびFe＋不可避不純物：残り、という組成
を有し（以上重量％）、これら個々の成分の
組成範囲はハイスとしての適性を備えた範囲
であるが、そのうちCoについては、その３
重量％以下をNiで置換することができる。
Niは熱処理後の残留オーステナイト量を増
やす働きを有するが、この発明では分散相が
十分な硬さと耐摩耗性を発揮するために、結
合相を構成する合金自体の硬さが熱処理を受
けた通常のハイスの硬さより僅かに低下する
ことは許容される。この結合母合金は焼入
れ、焼戻しされたマルテンサイト型の組織を
有し、その他に微細なM6C型炭化物、およ
び場合により（特にNiを含む場合）若干の
残留オーステナイト組織を含むものである。 (b) 分散相D1 窒化チタン：TiNおよび炭窒化チタン：
TiCxNyは、本来各種工具に高い硬さと耐摩
耗性を付与するのに有効な成分であるととも
に、これら化合物中に含まれるTiが、既に
述べたとおり、基体と被覆層との接合面にお
いて、被覆層成分中のTiと再配列を起こし
て基体と被覆層との間の結合を強めるので、
チタン化合物からなる被覆層を基体上に強固
に付着させる重要な役割も担う成分である
が、これら化合物からなる分散相の量が５容
量％未満になると、上記結合を強く保つこと
ができず、一方それが20容量％を越えると基
体全体の靭性が低下するところから、その含
有量を５〜20容量％と定めた。また、これら
化合物の粒子の平均粒径が5μｍを越えると、
基体の靭性が低下するのでそれを5μｍ以下
と定め、さらにTiCxNyによつて基体に十分
な耐溶着性と耐焼付性を与えるためには、そ
の組成において窒素成分よりも（原子比で）
多く含まれていなければならないところか
ら、ｘ＜ｙと定めた。 (c) 分散相D2 炭化バナジウム：VCおよびバナジウムと
Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、Ｗのうち
の１種または２種以上の金属との複合炭化
物：（Vx、My）Ｃ（ただしＭは前記金属を表
わし、かつｚ＞ｙ）は、本来各種工具に高い
硬さと耐摩耗性を付与するのに有効な成分で
あるとともに、これら炭化物中に含まれるＶ
が結合母合金中のＶと相互に拡散し合い、も
つて炭化物と結合母合金との界面強度を高め
て靭性を向上させる作用も有するが、上記複
合炭化物の場合、Ｖ以外の金属Ｍの割合がＶ
の割合を越えると（原子比で）、その炭化物
と結合相との海面強度が弱まつて基体の靭性
が低下するところから、（Vx、My）Ｃにお
いてｘ＞ｙと定めた。また、これら炭化物粒
子の平均粒径が5μｍを越えると、基体の靭
性が低下するので、それを5μｍ以下と定め、
さらにこれら炭化物からなる分散相の量が５
容量％未満になると、炭化物による上記耐摩
耗性向上効果が期待できず、一方それが30容
量％を越えると、基体の靭性および耐酸化性
が低下するところから、その含有量を５〜30
容量％と定めた。 Ｂ 超硬質被覆層の層厚および硬さ 被覆層は、前述のとおり、Ti2N、TiN、お
よびTiCxNy（ｘ＜ｙ）からなるチタン化合物
のいずれか１種以上またはこれらチタン化合物
とTiを構成成分としており、これらチタン化
合物は超硬質層を形成し、一方Tiは、それの
みでは、すなわちTiの単一層という形では、
超硬室の被覆層を形成することができないが、
これらチタン化合物各層の間またはこれら各層
と基体との間に介在すると、これら相互間の付
着力を高める作用があり、そして炭窒化チタン
TiCxNyにおいてｘ＜ｙと定めた理由は前記Ａ
の(c)項で述べたとおりである。ここで複合層と
は、例えばTiN＋TiCNまたはTiN＋TiCNか
らなる層のような、すべての層が互に異なる２
種以上の成分からなる層を意味し、多重層と
は、例えばTiN単一層とTiCN＋TiN複合層と
を重ね合わせたTiN＋Ti＋TiN層のような、
或１種以上の成分からなる層が２回以上繰返し
て重ね合わされる、全体として２種以上の成分
からなり、かつ３層以上の層から構成される層
を意味する。 そして上記被覆層の層厚が1μｍ以下では十
分な耐摩耗性の向上が得られず、一方これが
10μｍを越えても耐摩耗性の向上は少なく、む
しろ部材全体の靭性劣化が著しくなるので、そ
の層厚を１〜10μｍと定めた。また、被覆層の
マイクロビツカース硬度計による硬さが2000
Kg／mm2では所望の耐摩耗性を確保することがで
きないところから、その硬さを2000Kg／mm2と定
めた。 なお、この発明の表面被覆サーメツト部材
は、ハイス粉末を窒化物粉末および炭化物粉末
と混合し、混合粉末を加圧成形して圧粉体にし
た後、それを真空中または非酸化性雰囲気中で
焼結し、さらに必要に応じてHIP処理によつて
残存空孔を除去してから焼入れおよび焼戻しを
行ない、さらに研摩加工によつて所定寸法の基
体とした後、通常の化学蒸着法または物理蒸着
法によつてチタン化合物またはそれとチタンと
を基体表面に披着させることによつて得られ
る。 〔実施例〕 つぎに、この発明の表面被覆サーメツト部材を
実施例によつて具体的に説明する。 実施例 １ Cr：4.0％、Ｖ：3.2％、Mo：5.0％、Ｗ：5.0
％、Co：9.0％、Ｃ：1.1％およびFe＋不可避不純
物：残りからなる組成（以上重量％）からなる組
成を有する、アトマイズで調整された平均粒径：
5μｍのハイス粉末90容量％、同1.0μｍのTiN粉末
５容量％および同1.1μｍの（V0.95、Ti0.05）Ｃ粉
末５容量％の配合割合で、これら原料粉末を配合
し、ボールミルて24時間湿式混合粉砕し、乾燥し
た後、プレス圧力3.0ton／mm2にてプレス成形して
圧粉体とし、ついで真空中、温度：1270℃におい
て１時間保持する条件で圧粉体を焼結した後、さ
らにこれに1000気圧のアルゴン中、温度：1230℃
に保持する条件でHIP処理を施すことによつて緻
密なサーメツトを得た。 このサーメツトを組織観察したところ、TiN
含有量は5.1容量％、バナジウム主体の炭化物：
（V0.95、Ti0.05）Ｃ量は5.2容量％であり、このよ
うに、焼結後の実測は配合値と近似した。 つぎに、このサーメツトを、温度：1260℃から
油焼入れし、さらに同550℃で２回焼戻ししてそ
のロツクウエル硬さＣスケールHRCを67とした
後、サーメツトを研摩して、寸法８×12×4.8mm
を有するサイドカツター用のスローアウエイチツ
プを製造した。 このスローアウエイチツプ、並びに比較の目的
で、溶製法で造られた市販のSKH−９種のハイ
スから切り出して用意した上記と同寸法のスロー
アウエイチツプに、イオンプレーテイング法によ
り、ビツカース硬さ2200Kg／mm2、厚さ3μｍを有
するTiN単一層を500℃において被覆し、本発明
被覆切削チツプ１および比較被覆切削チツプ１を
製造した。 そこでこれら切削チツプの表面に20Kgの荷重で
ビツカース硬度計の圧子を打込んだところ、比較
被覆切削チツプ１には四角の圧痕の再にTiN層
の剥離が観察されたのに対して、本発明被覆切削
チツプには剥離が全くみられなかつた。 また、これら切削チツプにおいて、チツプの半
数はすくい面を研摩して、逃げ面だけ被覆層が残
る状態のものとし、上記研摩をしないものととも
に、サイドカツターによる、 被削材：JIS・SNCM−８（硬さ：HB270）の丸棒 切削速度：100ｍ／min、 送り：0.3mm／rev・、 切込み：５mm、 の条件での鋼連続切削試験を行ない、逃げ面摩耗
量の測定を行ない、その値が0.3mmに達した時を
工具の寿命基準として、各切削チツプの工具寿命
を測定し、その結果を第１表に示した。
被覆サーメツト部材に関し、特にマルテンサイト
型組織を有する結合合金中にチタン化合物とバナ
ジウム化合物の微細な粒子が硬質分散相として含
まれているサーメツト表面に、チタン化合物から
なる超硬質被覆層を設けてなる、工具寿命が著し
く改善された切削工具および耐摩耗工具用表面被
覆サーメツト部材に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、高速度鋼（以下、ハイスという）は高い
硬さとすぐれた靭性を有するので、切削工具だけ
でなく、耐摩耗性を必要とする各種の耐摩耗工具
の素材としても広く使用されているが、さらにこ
れら工具の寿命を延ばすため、最近では耐摩耗性
の向上に寄与する種々の金属の炭化物や窒化物を
焼結法によつてハイス中に分散させたサーメツト
が開発されており、一方ハイス表面にチタン化合
物からなる超硬質被覆層を設けると、それによつ
て耐溶着性と耐焼付性が向上し、工具寿命が２〜
10倍延びるところから、このような被覆層をハイ
ス表面に設けることも工業的に広く採用されてい
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 そして上記金属炭化物の代表的なものである炭
化チタンは、焼結時にはサーメツトの焼結性を同
上させるとともに、焼結後はサーメツトの組織中
に分散残存してその耐摩耗性を向上させる作用を
有し、また上記金属窒化物の代表的なものである
窒化チタンは、焼結後サーメツト組織中に分散残
存してサーメツトの耐溶着性と耐焼付性を向上さ
せる作用を有するが、この窒化チタンを結合金属
中に多量に分散させるとサーメツトの靭性が低下
するので、その添加量には限度があり、したがつ
て窒化チタンによる上記の耐溶着性と耐焼付性の
改善には自づから限界があつた。 一方、上記の超硬質層の被覆によつても、工具
寿命の延長は、下記の理由により、必ずしも満足
できるものではなかつた。 (1) 上記被覆層の被覆処理はハイスの焼戻し温度
以下、すなわち、通常500℃附近の温度で行な
われるが、従来のこのような被覆処理だけでは
基体と被覆層との間に十分な付着力が得られ
ず、この被覆層を設けた工具を使用すると、被
覆層が剥離しやすい。 (2) また上記工具は或程度使用した後にも、その
一部を再研摩して繰返し使用されるが、その場
合残存している被覆層は工具寿命を延ばすのに
役立つので、この再研摩を施してもその被覆ハ
イス工具の寿命は被覆しなかつたハイス工具に
比べて改善されるけれども、再研摩で被覆層が
失なわれることによつて露出した母材表面の耐
摩耗性が結局工具寿命を左右するので、超硬質
被覆層による工具寿命改善の効果は個々の実作
業において一定しない。 したがつて、このような超硬質被覆層によつて
工具寿命を延ばそうとしても、その効果は不安定
で予測できないため、実作業では個々の例につい
て効果を確かめながら、その応用をはかつている
のが現状である。 〔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、
マルテンサイト型組織を有するハイス母合金中に
硬質粒子が分散しているサーメツト表面に超硬質
層が被覆されている、切削工具および耐摩耗工具
用の表面被覆部材の工具寿命を改善すべく、種々
研究を重ねた結果、下記の知見、すなわち、 () 約500℃という被覆温度では、被覆物質の
蒸着時における原子の拡散距離がきわめて短か
い上に、チタン原子は鉄基基体中に拡散しにく
いため、チタン化合物からなる被覆層と鉄基基
体との間には強いが付着力が得られないのに対
し、この基体中にチタン化合物からなる分散相
が存在すると、その分散相と被覆相との接合面
においてチタン原子の再配列が起きてチタン分
散相と被覆相とがチタン原子を介して一体とな
つた構造、すなわち被覆層が基体中に根を下し
た構造が形成され、それによつて被覆層と基体
との間に強い結合力を生じ、その結合力を接合
面全体に強く発揮させるためには、チタン化合
物の含有量をサーメツト中で５重量％以上にし
なければならないこと、 () 結合合金中に分散させる窒化チタン（以下
TiNで示す）および／またはTiCxNy（ただし
ｘ＜ｙ）粒子の平均粒径を5μｍ以下とすると
焼結性が改善されるので、これを５〜20容量％
と多量に含有させてもサーメツトの靭性が低下
しないこと、 () したがつて、サーメツトの靭性を低下させ
ることなく、TiNおよびTiCxNy（ｘ＜ｙ）の
含有量を増大できて、これらが元来備えている
耐溶着性および耐焼付性を強力に発揮できるた
め、使用中の工具の一部を再研摩することによ
つて基体が工具表面に露出しても、その基体自
体が従来のハイスやサーメツトと比べて耐溶着
性と耐焼付性にすぐれ、ひいてはその耐摩耗性
が向上して、被覆層のすぐれた耐摩耗性と十分
釣合がとれるので、結局工具全体として安定し
た工具寿命が得られること、 を見出した。 この発明は、上記知見に基いて発明されたもの
であつて、 平均粒径：5μｍ以下のTiNおよびNiCxNy（た
だしｘ＜ｙ）のうちの１種または２種の粒子であ
る第一の粒子：D1および同5μｍ以下の炭化バナ
ジウム（以下VCで示す）および（Vx、My）Ｃ
（ただしＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、
Ｗのうちから選ばれた１種または２種以上の元素
であり、かつｘ＞ｙ）のうちの１種または２種の
粒子である第二の粒子：D2からなる分散相と、 Cr：3.5〜６％、Ｗ＋Mo：４〜20％、Ｖ：３〜
６％、CoまたはCo＋Ni（ただしNi／Co＋Ni：３
％以下）：２〜15％、Ｃ：0.5〜2.0％、およびFe
＋不可避不純物：残り、からなる組成を有する
（以下重量％）、焼入れおよび焼戻しの熱処理を受
けたマルテンサイト型組織を有する結合相、とか
らなるサーメツトであつて、そのD1、D2および
結合相に関する組成が、D1：５〜20容量％、
D2：５〜30容量％および結合相：残り、である
前記サーメツトを基体とし、 その基体表面にTi、一窒化二チタン、（以下
Ti2Nで示す）、TinおよびTiCxNy（ただしｘ＜
ｙ）のうちの、いずれか１種からなる単一層（た
だしTiの場合は除く）、またはいずれか２種以上
からなる複合層、あるいはこれらの単一層と複合
層とを各１層以上組合せた多重層からなるビツカ
ース硬さHv：2000Kg／mm2以上を有する厚み：１
〜10μｍの超硬質被覆層を設けてなる、切削工具
および耐摩耗工具用表面被覆サーメツト部材 を提供するものである。 つぎに、この発明において、成分組成範囲、粒
子寸法、被覆層のビツカース硬さおよび層厚を上
記のとおりに限定した理由を述べる。 Ａ 基体 (a) 結合相 結合相を形成する母合金は、粉末状のハイ
スを焼結することによつて得られる、Cr：
3.5〜６％、Ｗ＋Mo：４〜20％、Ｖ：３〜６
％、CoまたはCo＋Ni（ただしNi／Co＋Ni：
３％以下）：２〜15％、Ｃ：0.5〜2.0％、お
よびFe＋不可避不純物：残り、という組成
を有し（以上重量％）、これら個々の成分の
組成範囲はハイスとしての適性を備えた範囲
であるが、そのうちCoについては、その３
重量％以下をNiで置換することができる。
Niは熱処理後の残留オーステナイト量を増
やす働きを有するが、この発明では分散相が
十分な硬さと耐摩耗性を発揮するために、結
合相を構成する合金自体の硬さが熱処理を受
けた通常のハイスの硬さより僅かに低下する
ことは許容される。この結合母合金は焼入
れ、焼戻しされたマルテンサイト型の組織を
有し、その他に微細なM6C型炭化物、およ
び場合により（特にNiを含む場合）若干の
残留オーステナイト組織を含むものである。 (b) 分散相D1 窒化チタン：TiNおよび炭窒化チタン：
TiCxNyは、本来各種工具に高い硬さと耐摩
耗性を付与するのに有効な成分であるととも
に、これら化合物中に含まれるTiが、既に
述べたとおり、基体と被覆層との接合面にお
いて、被覆層成分中のTiと再配列を起こし
て基体と被覆層との間の結合を強めるので、
チタン化合物からなる被覆層を基体上に強固
に付着させる重要な役割も担う成分である
が、これら化合物からなる分散相の量が５容
量％未満になると、上記結合を強く保つこと
ができず、一方それが20容量％を越えると基
体全体の靭性が低下するところから、その含
有量を５〜20容量％と定めた。また、これら
化合物の粒子の平均粒径が5μｍを越えると、
基体の靭性が低下するのでそれを5μｍ以下
と定め、さらにTiCxNyによつて基体に十分
な耐溶着性と耐焼付性を与えるためには、そ
の組成において窒素成分よりも（原子比で）
多く含まれていなければならないところか
ら、ｘ＜ｙと定めた。 (c) 分散相D2 炭化バナジウム：VCおよびバナジウムと
Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、Ｗのうち
の１種または２種以上の金属との複合炭化
物：（Vx、My）Ｃ（ただしＭは前記金属を表
わし、かつｚ＞ｙ）は、本来各種工具に高い
硬さと耐摩耗性を付与するのに有効な成分で
あるとともに、これら炭化物中に含まれるＶ
が結合母合金中のＶと相互に拡散し合い、も
つて炭化物と結合母合金との界面強度を高め
て靭性を向上させる作用も有するが、上記複
合炭化物の場合、Ｖ以外の金属Ｍの割合がＶ
の割合を越えると（原子比で）、その炭化物
と結合相との海面強度が弱まつて基体の靭性
が低下するところから、（Vx、My）Ｃにお
いてｘ＞ｙと定めた。また、これら炭化物粒
子の平均粒径が5μｍを越えると、基体の靭
性が低下するので、それを5μｍ以下と定め、
さらにこれら炭化物からなる分散相の量が５
容量％未満になると、炭化物による上記耐摩
耗性向上効果が期待できず、一方それが30容
量％を越えると、基体の靭性および耐酸化性
が低下するところから、その含有量を５〜30
容量％と定めた。 Ｂ 超硬質被覆層の層厚および硬さ 被覆層は、前述のとおり、Ti2N、TiN、お
よびTiCxNy（ｘ＜ｙ）からなるチタン化合物
のいずれか１種以上またはこれらチタン化合物
とTiを構成成分としており、これらチタン化
合物は超硬質層を形成し、一方Tiは、それの
みでは、すなわちTiの単一層という形では、
超硬室の被覆層を形成することができないが、
これらチタン化合物各層の間またはこれら各層
と基体との間に介在すると、これら相互間の付
着力を高める作用があり、そして炭窒化チタン
TiCxNyにおいてｘ＜ｙと定めた理由は前記Ａ
の(c)項で述べたとおりである。ここで複合層と
は、例えばTiN＋TiCNまたはTiN＋TiCNか
らなる層のような、すべての層が互に異なる２
種以上の成分からなる層を意味し、多重層と
は、例えばTiN単一層とTiCN＋TiN複合層と
を重ね合わせたTiN＋Ti＋TiN層のような、
或１種以上の成分からなる層が２回以上繰返し
て重ね合わされる、全体として２種以上の成分
からなり、かつ３層以上の層から構成される層
を意味する。 そして上記被覆層の層厚が1μｍ以下では十
分な耐摩耗性の向上が得られず、一方これが
10μｍを越えても耐摩耗性の向上は少なく、む
しろ部材全体の靭性劣化が著しくなるので、そ
の層厚を１〜10μｍと定めた。また、被覆層の
マイクロビツカース硬度計による硬さが2000
Kg／mm2では所望の耐摩耗性を確保することがで
きないところから、その硬さを2000Kg／mm2と定
めた。 なお、この発明の表面被覆サーメツト部材
は、ハイス粉末を窒化物粉末および炭化物粉末
と混合し、混合粉末を加圧成形して圧粉体にし
た後、それを真空中または非酸化性雰囲気中で
焼結し、さらに必要に応じてHIP処理によつて
残存空孔を除去してから焼入れおよび焼戻しを
行ない、さらに研摩加工によつて所定寸法の基
体とした後、通常の化学蒸着法または物理蒸着
法によつてチタン化合物またはそれとチタンと
を基体表面に披着させることによつて得られ
る。 〔実施例〕 つぎに、この発明の表面被覆サーメツト部材を
実施例によつて具体的に説明する。 実施例 １ Cr：4.0％、Ｖ：3.2％、Mo：5.0％、Ｗ：5.0
％、Co：9.0％、Ｃ：1.1％およびFe＋不可避不純
物：残りからなる組成（以上重量％）からなる組
成を有する、アトマイズで調整された平均粒径：
5μｍのハイス粉末90容量％、同1.0μｍのTiN粉末
５容量％および同1.1μｍの（V0.95、Ti0.05）Ｃ粉
末５容量％の配合割合で、これら原料粉末を配合
し、ボールミルて24時間湿式混合粉砕し、乾燥し
た後、プレス圧力3.0ton／mm2にてプレス成形して
圧粉体とし、ついで真空中、温度：1270℃におい
て１時間保持する条件で圧粉体を焼結した後、さ
らにこれに1000気圧のアルゴン中、温度：1230℃
に保持する条件でHIP処理を施すことによつて緻
密なサーメツトを得た。 このサーメツトを組織観察したところ、TiN
含有量は5.1容量％、バナジウム主体の炭化物：
（V0.95、Ti0.05）Ｃ量は5.2容量％であり、このよ
うに、焼結後の実測は配合値と近似した。 つぎに、このサーメツトを、温度：1260℃から
油焼入れし、さらに同550℃で２回焼戻ししてそ
のロツクウエル硬さＣスケールHRCを67とした
後、サーメツトを研摩して、寸法８×12×4.8mm
を有するサイドカツター用のスローアウエイチツ
プを製造した。 このスローアウエイチツプ、並びに比較の目的
で、溶製法で造られた市販のSKH−９種のハイ
スから切り出して用意した上記と同寸法のスロー
アウエイチツプに、イオンプレーテイング法によ
り、ビツカース硬さ2200Kg／mm2、厚さ3μｍを有
するTiN単一層を500℃において被覆し、本発明
被覆切削チツプ１および比較被覆切削チツプ１を
製造した。 そこでこれら切削チツプの表面に20Kgの荷重で
ビツカース硬度計の圧子を打込んだところ、比較
被覆切削チツプ１には四角の圧痕の再にTiN層
の剥離が観察されたのに対して、本発明被覆切削
チツプには剥離が全くみられなかつた。 また、これら切削チツプにおいて、チツプの半
数はすくい面を研摩して、逃げ面だけ被覆層が残
る状態のものとし、上記研摩をしないものととも
に、サイドカツターによる、 被削材：JIS・SNCM−８（硬さ：HB270）の丸棒 切削速度：100ｍ／min、 送り：0.3mm／rev・、 切込み：５mm、 の条件での鋼連続切削試験を行ない、逃げ面摩耗
量の測定を行ない、その値が0.3mmに達した時を
工具の寿命基準として、各切削チツプの工具寿命
を測定し、その結果を第１表に示した。
【表】
実施例 ２
各種金属の酸化物と炭素との混合物を水素で共
還元する公知の方法によつて製造された、Cr：
4.0％、Ｖ：3.0％、Mo：8.0％、Co：10％、Ｃ：
0.85％およびFe＋不可避不純物：残り、からなる
組成を有する（以上重量％）平均粒径：3.0μｍの
ハイス粉末、同3μｍおよび同6.2μｍのTiN粉末、
同2.0μｍのTiC0.1N0.9粉末、同2.0μｍのVC粉末、
同1.8μｍの（V0.9Zr0.1）Ｃ粉末、同2.1μｍの
（V0.95、Hf0.05）Ｃ粉末、同2.0μｍの（V0.9、
Nb0.1）Ｃ粉末、同1.5μｍの（V0.95、Ta0.05）Ｃ
粉末、同1.3μｍの（V0.8、W0.2）Ｃ粉末、同1.5μ
ｍの（V0.7、Ma0.3）Ｃ粉末および同1.3μｍの
（V0.8、Cr0.2）Ｃ粉末を用意し、これら原料粉末
をそれぞれ所定の配合組成に配合し、ボールミル
にて24時間湿式混合粉砕し、乾燥した後、プレス
圧力2.0ton／mm2にてプレス成形して圧粉体とし、
ついで真空中、温度：1280℃に１時間保持する条
件で各圧粉体を焼結した後、さらにこれらに1000
気圧のアルゴン中、温度：1250℃に保持する条件
のHIP処理を施すことによつて、第２表に示され
るような成分組成を有するサーメツト部材を製造
し、引続いてこれらに温度：1250℃の焼入れおよ
び同540℃の焼戻しを施した後、雰囲気ガスを
種々変化させた500℃におけるイオンプレーテイ
ング法によつて、同じく第２表に示される組成と
平均層厚をもつた表面被覆層を形成させることに
よつてJIS.SNMN432の形状をもつた表面被覆サ
ーメツト部材としての本発明被覆切削チツプ２〜
11および比較被覆切削チツプ２〜７をそれぞれ製
造した。なお、比較被覆切削チツプ２〜７は、い
ずもサーメツト（基体）部材の構成成分のうちの
いずれかの成分含有量または分散相のチタン化合
物粒子D1の平均粒径、または被覆相の層厚がこ
の発明の範囲から外れたもの（いずれも第２表中
に※印で示す）である。 つぎに、この結果得られた切削チツプについて
実施例１と同一条件下で切削試験を実施して、そ
れぞれの工具寿命を評価するとともに、サーメツ
ト部材の抵抗力を測定し、これらの結果を第２表
に示した。 実施例 ３ 各種金属の酸化物と炭素との混合物を水素で共
還元する公知の方法によつて製造された、Cr：
4.0％、Ｖ：3.0％、Mo：8.0％、Co：10％、Ｃ：
0.85％およびFe＋不可避不純物：残り、からなる
組成を有する（以上重量％）平均粒径：3.0μｍの
ハイス粉末、同3μｍおよび同6.2μｍのTiN粉末、
同2.0μｍのTiC0.1N0.9粉末、同2.0μｍのVC粉末、
同1.8μｍの（V0.9Zr0.1）Ｃ粉末、同2.1μｍの
（V0.95、Hf0.05）Ｃ粉末、同2.0μｍの（V0.9、
Nb0.1）Ｃ粉末、同1.5μｍの（V0.95、Ta0.05）Ｃ
粉末、同1.3μｍの（V0.8、W0.2）Ｃ粉末、同1.5μ
ｍの（V0.7、Ma0.3）Ｃ粉末および同1.3μｍの
（V0.8、Cr0.2）Ｃ粉末を用意し、これら原料粉末
をそれぞれ所定の配合組成に配合し、ボールミル
にて24時間湿式混合粉砕し、乾燥した後、プレス
圧力2.0ton／mm2にてプレス成形して圧粉体とし、
ついで真空中、温度：1280℃に１時間保持する条
件で各圧粉体を焼結した後、さらにこれらに1000
気圧のアルゴン中、温度：1250℃に保持する条件
のHIP処理を施すことによつて、第２表に示され
るような成分組成を有するサーメツト部材を製造
し、引続いてこれらに温度：1250℃の焼入れおよ
び同540℃の焼戻しを施した後、雰囲気ガスを
種々変化させた500℃におけるイオンプレーテイ
ング法によつて、同じく第２表に示される組成と
平均層厚をもつた表面被覆層を形成させることに
よつてJIS.SNMN432の形状をもつた表面被覆サ
ーメツト部材としての本発明被覆切削チツプ２〜
11および比較被覆切削チツプ２〜７をそれぞれ製
造した。なお、比較被覆切削チツプ２〜７は、い
ずもサーメツト（基体）部材の構成成分のうちの
いずれかの成分含有量または分散相のチタン化合
物粒子D1の平均粒径、または被覆相の層厚がこ
の発明の範囲から外れたもの（いずれも第２表中
に※印で示す）である。 つぎに、この結果得られた切削チツプについて
実施例１と同一条件下で切削試験を実施して、そ
れぞれの工具寿命を評価するとともに、サーメツ
ト部材の抵抗力を測定し、これらの結果を第２表
に示した。 実施例 ３ 各種金属の酸化物と炭素との混合物を水素で共
【表】
還元する公知の方法によつて製造された、Cr：
4.0％、Ｖ：3.0％、Ｗ：5.0％、Mo：5.0％、Co：
10％、Ni：1.0％、Ｃ：1.1％およびFe＋不可避不
純物：残り、からなる組成（以上重量％）を有す
る平均粒径：3.0μｍのハイス粉末85容量％、同
1.8μｍのTiC0.4N0.6粉末５容量％および同2.0μｍ
のVC粉末10容量％の配合割合で、これら原料粉
末を配合した後、実施例１と同じ条件でサーメツ
トを製造した。 得られたサーメツト中における分散相の第一の
粒子D1、すなわちTiC0.4N0.6の組成を有する粒子
の含有量は5.2容量％であり、同第二の粒子D2、
すなわちVC粒子の含有量は10.2容量％であつた。 このサーメツトに実施例１と同じ条件の熱処理
を施して得たHRC硬さ65を有するサーメツト、並
びに比較の目的で、実施例１で使用したのと同一
のハイスから実施例１と同様な本発明被覆切削チ
ツプ12および比較被覆切削チツプ10を製造した。 ついで、これら切削チツプについて実施例１と
同じ切削試験を施して、その工具寿命を測定し
た。その結果を第３表に示す。
4.0％、Ｖ：3.0％、Ｗ：5.0％、Mo：5.0％、Co：
10％、Ni：1.0％、Ｃ：1.1％およびFe＋不可避不
純物：残り、からなる組成（以上重量％）を有す
る平均粒径：3.0μｍのハイス粉末85容量％、同
1.8μｍのTiC0.4N0.6粉末５容量％および同2.0μｍ
のVC粉末10容量％の配合割合で、これら原料粉
末を配合した後、実施例１と同じ条件でサーメツ
トを製造した。 得られたサーメツト中における分散相の第一の
粒子D1、すなわちTiC0.4N0.6の組成を有する粒子
の含有量は5.2容量％であり、同第二の粒子D2、
すなわちVC粒子の含有量は10.2容量％であつた。 このサーメツトに実施例１と同じ条件の熱処理
を施して得たHRC硬さ65を有するサーメツト、並
びに比較の目的で、実施例１で使用したのと同一
のハイスから実施例１と同様な本発明被覆切削チ
ツプ12および比較被覆切削チツプ10を製造した。 ついで、これら切削チツプについて実施例１と
同じ切削試験を施して、その工具寿命を測定し
た。その結果を第３表に示す。
【表】
〔発明の効果〕
実施例の結果によると、この発明のサーメツト
部材はTiNおよび／またはTiCxNy粒子を含むた
めにチタン化合物からなる硬質被覆層をその表面
に強固に付着できるとともに（実施例１）、上記
チタン化合物粒子の粒度を小さくすることによつ
て、サーメツト部材の靭性を低下させることなく
（第２表の比較被覆切削チツプ５と本発明被覆切
削チツプ２〜11を参照）これらチタン化合物粒子
の含有量を増大させ、もつて基体自体の耐摩耗性
を向上させることができたので、表面被覆サーメ
ツト部材の工具寿命を著しく延長できた（第１表
〜第３表）ことがわかる。 上述のように、この発明の表面被覆サーメツト
部材は、すぐれた耐摩耗性と耐剥離性を備えてい
るために工具寿命が著しく改善され、したがつて
切削工具および耐摩耗工具として用いた場合、長
期に亘つてすぐれた切削性能を安定に維持するこ
とができるという、産業上すぐれた効果を発揮す
るものである。
部材はTiNおよび／またはTiCxNy粒子を含むた
めにチタン化合物からなる硬質被覆層をその表面
に強固に付着できるとともに（実施例１）、上記
チタン化合物粒子の粒度を小さくすることによつ
て、サーメツト部材の靭性を低下させることなく
（第２表の比較被覆切削チツプ５と本発明被覆切
削チツプ２〜11を参照）これらチタン化合物粒子
の含有量を増大させ、もつて基体自体の耐摩耗性
を向上させることができたので、表面被覆サーメ
ツト部材の工具寿命を著しく延長できた（第１表
〜第３表）ことがわかる。 上述のように、この発明の表面被覆サーメツト
部材は、すぐれた耐摩耗性と耐剥離性を備えてい
るために工具寿命が著しく改善され、したがつて
切削工具および耐摩耗工具として用いた場合、長
期に亘つてすぐれた切削性能を安定に維持するこ
とができるという、産業上すぐれた効果を発揮す
るものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 平均粒径：5μｍ以下の窒化チタンおよび
TiCxNy（ただしｘ＜ｙ）のうちの１種または２
種の粒子である第一の粒子：D1および同5μｍ以
下の炭化バナジウムおよび（Vx、My）Ｃ（ただ
しＭはTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、Ｗのう
ちから選ばれた１種または２種以上の金属であ
り、かつｘ＞ｙ）のうちの１種または２種の粒子
である第二の粒子：D2からなる分散相と、 Cr：3.5〜６％、Ｗ＋Mo：４〜20％、Ｖ：３〜
６％、CoまたはCo＋Ni（ただしNi／Co＋Ni：３
％以下）：２〜15％、Ｃ：0.5〜2.0％、Fe＋不可
避不純物：残り、からなる組成を有する（以下重
量％）、焼入れおよび焼戻しの熱処理を受けたマ
ルテンサイト型組織を有する結合相、とからなる
サーメツトであつて、そのD1、D2および結合相
に関する組成が、D1：５〜20容量％、D2：５〜
30容量％および結合相：残り、である前記サーメ
ツトを基体とし、 その基体表面にチタン、一窒化二チタン、窒化
チタンおよびTiCxNy（ただしｘ＜ｙ）のうちの、
いずれか１種からなる単一層（ただしチタンの場
合は除く）、またはいずれか２種以上からなる複
合層、あるいはこれらの単一層と複合層とを各１
層以上組合せた多重層からなるビツカース硬さ
Hv：2000Kg／mm2以上を有する厚み：１〜10μｍの
超硬質被覆層を設けてなる、切削工具および耐摩
耗工具用表面被覆サーメツト部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59217539A JPS6196072A (ja) | 1984-10-17 | 1984-10-17 | 切削工具および耐摩耗工具用表面被覆サ−メツト部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59217539A JPS6196072A (ja) | 1984-10-17 | 1984-10-17 | 切削工具および耐摩耗工具用表面被覆サ−メツト部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6196072A JPS6196072A (ja) | 1986-05-14 |
| JPH0312144B2 true JPH0312144B2 (ja) | 1991-02-19 |
Family
ID=16705837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59217539A Granted JPS6196072A (ja) | 1984-10-17 | 1984-10-17 | 切削工具および耐摩耗工具用表面被覆サ−メツト部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6196072A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2699031B2 (ja) * | 1991-05-21 | 1998-01-19 | 株式会社不二越 | 複層コーティング工具 |
| SE519235C2 (sv) * | 1999-01-29 | 2003-02-04 | Seco Tools Ab | Hårdmetall med härbar bindefas |
-
1984
- 1984-10-17 JP JP59217539A patent/JPS6196072A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6196072A (ja) | 1986-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |