JPH03146677A - 断続切削用被覆超硬合金 - Google Patents

断続切削用被覆超硬合金

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JPH03146677A
JPH03146677A JP28268989A JP28268989A JPH03146677A JP H03146677 A JPH03146677 A JP H03146677A JP 28268989 A JP28268989 A JP 28268989A JP 28268989 A JP28268989 A JP 28268989A JP H03146677 A JPH03146677 A JP H03146677A
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府川 敦
Yasuro Taniguchi
泰朗 谷口
Mitsuo Ueki
植木 光生
Keiichi Kobori
小堀 景一
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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) 本発明は、切削工具用材料の中でもフライス、エンドミ
ル、ドリルのような回転切削工具、又は旋削加工のよう
な被削材が回転する場合においても被削材に溝が付与さ
れていて、切削中に被削材と工具の切刃が被削材の溝の
部分で瞬間的に接触しない状態が生じた後、再度切刃が
被削材に切込んで行くような切削加工用に適する断続切
削用被覆超硬合金に関するものである。
(従来の技術) 被)マ超硬合金は、超硬合金の基材の表面に被膜を形成
してなるもので、基材の材料としては、−船釣には炭化
タングステンと周期律表4a、 5a、 6a族金属の
炭化物、炭窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なく
とも1種の立方晶系化合物とからなる硬質相と、残りG
oを主成分とする結合相とでなる超硬合金が多用されて
いる。
ところが最近、被覆超硬合金がフライス加工用に多用さ
れる傾向となり、フライス加工の場合、断続切削に相当
し、特に鋳鉄をフライス加工する場合には工具の切刃が
微小チッピングを起しやすく、又被膜に切粉が圧着分離
して欠損が誘発されることから被覆超硬合金の強度を高
める必要が生じている。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の被覆超硬合金は、大体1〜4μmの炭化タングス
テンと1μm以下の立方晶系化合物とからなり、炭化タ
ングステンに比べて立方晶系化合物を微細にしてなる基
材で、基材の硬質相の平均粒径としても1.5〜2.5
μm程度のものが用いられており、このために、特にフ
ライスの切削加工用として用いると、切刃に微小チッピ
ングが生じやすいこと、及び被膜に切粉が圧着分離しや
すいことから刃先欠損が誘発されて安定な性能が得られ
なく、しかも短寿命であるという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、基材と被膜との付着性を高め、基材の耐摩耗性
及び耐欠損性を高めた断続切削用被覆超硬合金の提供を
目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、超硬合金の表面に化学蒸着法fCVD法
)でもって被膜を形成してなる被覆超硬合金を用いて鋳
鉄のフライス切削を行い、断続切削用工具として最適な
被覆超硬合金の検討を行っていた所、 第1に、断続切削工具としては、連続切削工具に比べて
被膜の厚さを薄くする必要があり、薄い被膜の場合、被
膜が摩耗して基材の露出が早くなり、基材と被削材とが
直接接触する部分が生じることから、基材自体の耐摩耗
性、耐溶着性を高める必要があるという知見を得た。
第2に、被膜への切粉の溶着又は圧着、及び切刃のチッ
ピングは、被膜の表面精度に関係し、被膜の表面請度は
基材の表面状態に関係すること、さらに被膜と基材との
付着性も基材の表面状態に関係するという知見を得た。
第3に、基材の耐摩耗性及び耐溶着性を高めるには、基
材中の硬質相と結合相との比率の調整と、硬質相を微細
にすることが好ましく、被膜の表面精度を高めること、
及び被膜と基材との付着性を高めるには結合相量をでき
るだけ少なくし、かつ硬質相を微細にすることが好まし
いという知見を得た。
これら第1.第2及び第3の知見に基づいて、本発明を
完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の断続切削用被覆超硬合金は、炭化タ
ングステン、又は炭化タングステンと周期律表4a、 
5a、 Sa族金属の炭化物、炭窒化物及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも1種の立方晶系化合物とから
なる硬質相85〜97重量%と残りCoを主成分とする
結合相と不可避不純物とからなる超硬合金の基材の表面
にセラミックスの被膜を単層又は多層に形成してなる被
覆超硬合金であって、該基材中の該硬質相が平均粒径1
μm以下であることを特徴とするものである。
本発明の断続切削用被覆超硬合金における基材は、硬質
相と結合相と不可避不純物とからなり。
この内、硬質相が炭化タングステンのみからなる場合、
又は炭化タングステンと立方晶型(Na(:n型)の納
品構造を有する立方晶系化合物とからなる場合があり、
この立方晶系化合物としては、具体的には、例えばTi
C,ZrC,l1fC,NbC,TaC(Ti、Ta)
C,(Ti、Nb1C,(Ti、Vl)C,(Ti、T
aJIC。
(Ti、 Ta、 Nb、■)C,Ti (C,Nl、
  (Ti、Ta) (C,Nlなどを代表例として挙
げることができる。これらの硬質相の内、硬質相が立方
、晴系化合物20wt%以下と残り炭化タングステンと
からなる場合が、特に好ましいことである。この硬質相
は、平均粒径で1μm以下であることが必要であり、粗
粒の炭化タングステンの硬質相を含有している場合は、
最大粒径2μm以下で、かつ平均粒径IALm以下であ
ることが好ましく、より好ましくは平均粒径0.7μm
以下であることである。また、立方晶系化合物の硬質相
は、できるだけ微細で均一に分散していることが好まし
く、粗粒の立方晶系化合物が含有している場合は、最大
粒径1gm以下であることが好ましいことである。
これらの硬質相の他に、基材を構成しているもう一つの
結合相は、COのみからなる場合、又は少なくとも50
wt%のCOと残り、例えばNi、 Fe、 Cr。
胃、Mo、 Ta、 Nb、 V、 Ti、 Zr、 
Iff、 Mn、 Cuなどの金属元素の含有してなる
場合である。これらの金属元素の内Ni、 Fe、 J
 Mo、 Crなどは製造工程中に不可避不純物として
微量混入してくる場合もある。
この基材中の硬質相が85W七%未満になると、相対的
に結合相が15wt%を超えて多くなり、結合相が15
wt%を超えて多くなると、結合相の巾(ミーンフリバ
ス)が広くなり、その結果被膜の表面精度が低下し、耐
チッピング性及び耐欠損性を劣下させる。逆に、硬質相
が97wt%を超えて多くなると、相対的に結合相が3
wt%未満となり、結合相が3wL%未満になると、基
材自体の強度の低下が著しくなる。このために基材中の
硬質相は、85〜97wt%と定めたものである。
以上のような構成でなる基材の内、基材の硬さが91.
0■RA以上で、かつ破壊靭性値が9.5MN/m3/
2以上でなる場合は、特に鋳鉄のフライス切削用被覆超
硬合金として寿命が向上することから好ましいことであ
る。
本発明の断続切削用被覆超硬合金における被膜の材質は
、具体的には、例えば周期律表4a、 5a、 6a族
金属の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物。
ホウ化物、A℃の酸化物、窒化物、Siの炭化物。
窒化物及びこれらの相互固溶体を挙げることができる。
これらの被膜の材質の内、炭化チタン、窒化チタン、炭
窒化チタン、炭酸化チタン、窒酸化チタン、炭窒酸化チ
タンの中の少なくとも1種の単層又は多層と、酸化アル
ミニウムの単層とを組合わせてなる場合が好ましく、特
に、基材の表面に接合する側の下層を炭化チタン、炭窒
化チタンのm層又は二層とし、中間層を酸化アルミニウ
ムとし、上層を窒化チタンにすると、被膜と基材との耐
剥離性、被膜の耐摩耗性及び耐溶着性、並びに被膜の変
色むらもなく、鋳鉄のフライス加工用工具として著しく
すぐれた被覆超硬合金となる。
この被膜の厚さは、被膜の材質、その組合わせ。
又は工具形状や用途により異なるが1本体1〜10μm
からなり、特に耐衝撃性を重要視する場合には、被膜の
総厚が2〜5μmにすることが好ましいことである。
本発明の断続切削様被覆超硬合金は、まず基材を従来の
粉末冶金法を応用して作製し、焼結後の焼肌面の基材、
又は表面をサンドブラスト、ショットピーニング、研摩
などで前処理を施した基材を準備し5次いで基材表面を
洗浄後、従来の熱CVD法やプラズマCvD法などで基
材の表面に被膜を形成するという方法で作製することが
できる。
(作用) 本発明の断続切削用被覆超硬合金は、基材を構成してい
る硬質相と結合相との組成成分が被覆超硬合金としての
耐摩耗性及び強度を最適にする作用をし、基材の組成成
分及び硬質相の粒径が基材のミーンフリバスを小さくシ
、その結果、基材の表面における被膜の成長を均一化さ
せ、被膜の表面精度を向上させるという作用をしている
ものである。
実施例 平均粒径 1.5〜2.5μmのI’IC,平均粒径l
um以下の (Ti、 Ta、 W) C,TiC,T
aC及び平均粒径1.5μmのGoの各粉末を用いて、
所定量に配合し、超硬合金製ボールとアセトンと共にス
テンレス製容器でもって湿式混合粉砕及び乾燥後、IL
/cm”の圧力で所定の成形体とし、次いで1380〜
!460℃で焼結して第1表に示した各種の基材を得た
。これら基材を従来の熱CVD法でもって基材温度10
00℃、  Ti1t、 −C)+4−Ila、  T
iC氾、−CIl。
N2−II□、Aj2C氾3    Co2   II
2.   TiCβ4−N2−1)□と混合ガス雰囲気
を切換えて処理し、基材の表面にTiCの第1勃とTi
 (C,N)の第2層とi 、0.の第3層とTiNの
第4層を順次形成させて、第1表に小したの本発明品1
〜6及び比較品1〜8を得た。
こうして得た本発明品1〜6及び比較品1〜8を金属顕
微鏡、走査型電子顕微鏡、硬度計でもって調べて、その
結果を第1表に併記した。尚、このときの被膜の厚さは
、第1層:第2層:第3層:第4層:弓4:’2:17
Iからなるものである。また、硬質相の平均粒径は、フ
ルマンの方式%式% 載)を主体にして求めたものである。
次に1本発明品1〜6及び比較品1〜7を用いて、下記
の(A)条件及び(B1条件でもって切削試験を行い、
その結果を第1表に併記した。
(Al フライスによる切削試験(乾式)%式%) ) 切込み:2.On+m 送   リ :  0.247  mm/  刃切削時
間: 46x 200 mm  面積を 15 pas
s評  価:平均逃げ面摩耗量 (VB1mmフライス
による切削試験(乾式) %式%) ) 切込み: 2.Omm 送    リ :  0.247  mm/  刃切削
時間: 46X 200 mm  面積を 15 pa
ss評  価:平均逃げ面摩耗量 (V、I1mm(発
明の効果) 本発明の断続切削用被覆超硬合金は、従来の超硬合金に
相当する比較品に比べて、鋳鉄のフライス切削加工にお
いて、耐摩耗性で約2倍〜8.5倍も向上するという効
果があり、耐欠損性もすぐれているという効果がある。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭化タングステン、又は炭化タングステンと周期
    律表4a,5a,6a族金属の炭化物,炭窒化物及びこ
    れらの相互固溶体の中の少なくとも1種の立方晶系化合
    物とからなる硬質相85〜97重量%と残りCoを主成
    分とする結合相と不可避不純物とからなる超硬合金の基
    材の表面にセラミックスの被膜を単層又は多層に形成し
    てなる被覆超硬合金において、該基材中の該硬質相が平
    均粒径1μm以下であることを特徴とする断続切削用被
    覆超硬合金。
  2. (2)上記硬質相は、上記立方晶系化合物20重量%以
    下と、残り炭化タングステンとからなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の断続切削用被覆超硬合金
  3. (3)上記基材は、硬さが91.0■_RA以上で、か
    つ破壊靭性値が9.5MN/m^3^/^2以上である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載
    の断続切削用被覆超硬合金。
  4. (4)上記被膜は、炭化チタン,窒化チタン,炭窒化チ
    タン,炭酸化チタン,窒酸化チタン,炭窒酸化チタンの
    中の少なくとも1種の単層又は多層と、酸化アルミニウ
    ムの単層とを組合わせてなることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項,第2項又は第3項記載の断続切削用被覆
    超硬合金。
  5. (5)上記被膜は、被膜の総厚が2〜5μmであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項,第2項,第3項又
    は第4項記載の断続切削用被覆超硬合金。
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