JPH0372155B2 - - Google Patents
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- JPH0372155B2 JPH0372155B2 JP60062800A JP6280085A JPH0372155B2 JP H0372155 B2 JPH0372155 B2 JP H0372155B2 JP 60062800 A JP60062800 A JP 60062800A JP 6280085 A JP6280085 A JP 6280085A JP H0372155 B2 JPH0372155 B2 JP H0372155B2
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
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- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
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Description
技術分野
本発明は主として切削加工に使用する切削工具
用超合金部材に関するものであり、硬質被覆を有
し条件の厳しい切削条件に耐えるようにしたもの
である。 従来技術の問題点 切削工具において、切削中の工具刃先温度が
800℃以上になることが知られている。刃先温度
が高くなれば超硬合金(WC−Co)が熱により変
形し、耐逃げ面摩耗性が低下する。切削特性の各
善のため各種硬質被覆層を被覆した被覆超硬合金
も使用されているが、上記の問題は同様で、被覆
層の効果が十分発揮されず、基体の超硬合金の熱
による変形により工具寿命が低下する場合があ
る。 また、被覆超硬合金において、硬質層を被覆し
た場合、基体の超硬合金に比して、刃先強度が低
下し工具が欠損し易くなるという欠点があつた。 更に多岐にわたる被削材(代表的には鋼と鋳
物)のいずれにも高性能を発揮することは難しか
つた。被覆層として、TiC,TiCN,TiNの単層
あるいはこれらの複合層からなるものと、それら
の被覆層の最外層にAl2O3層を被覆したもの
(Al2O3系と略す)の2種類に大別できる。 その中でAl2O3系被覆超硬合金(例えば特公昭
52−13201号)は一般にAl2O3の高温における鋼
との末反応性の故に高速切削において優れた耐摩
耗性を示す。しかし、従来のAl2O3系被覆超硬合
金の被覆層の構造では、高速切削において切削時
に発生する熱により基体の超硬合金が変形する傾
向にあり、耐摩耗性において硬質層を被覆した効
果が十分に発揮されていなかつた。 また、Al2O3自体の脆さの為、耐欠損性にも問
題があつた。 問題点を解決するための手段 本発明者らは種々の研究を行い、前述の従来の
Al2O3系被覆超硬合金よりも熱遮蔽効果に優れ、
かつ耐欠損性に優れた被覆層の構造を追求、検討
した。 Al2O3系被覆超硬合金において、Al2O3膜の内
層としてTiC,TiCN,TiNの単層もしくはそれ
らの複合層が一般的に用いられており、まず
Al2O3の内層として最適な被覆層の構造を追求し
た。 TiC,TiCN,TiNにおいて、物性的にTiCが
最も熱伝導率が大きく次にTiCN、その次にTiN
という順になつている。また硬度はTiCが最も硬
く次にTiCN,次にTiNという順になつている。 第1表にTiCとTiNの物性を示すがTiCNは両
者の中間の値を示す。 「第1表はR.Funk等のCoating of Cemented
Carbide Cutting Tools with Alumina by
Chemical Vapor・Deposition”(J.
Electrochem.Soc,Vol.123,No.2(16)に記載さ
れた値である。」
用超合金部材に関するものであり、硬質被覆を有
し条件の厳しい切削条件に耐えるようにしたもの
である。 従来技術の問題点 切削工具において、切削中の工具刃先温度が
800℃以上になることが知られている。刃先温度
が高くなれば超硬合金(WC−Co)が熱により変
形し、耐逃げ面摩耗性が低下する。切削特性の各
善のため各種硬質被覆層を被覆した被覆超硬合金
も使用されているが、上記の問題は同様で、被覆
層の効果が十分発揮されず、基体の超硬合金の熱
による変形により工具寿命が低下する場合があ
る。 また、被覆超硬合金において、硬質層を被覆し
た場合、基体の超硬合金に比して、刃先強度が低
下し工具が欠損し易くなるという欠点があつた。 更に多岐にわたる被削材(代表的には鋼と鋳
物)のいずれにも高性能を発揮することは難しか
つた。被覆層として、TiC,TiCN,TiNの単層
あるいはこれらの複合層からなるものと、それら
の被覆層の最外層にAl2O3層を被覆したもの
(Al2O3系と略す)の2種類に大別できる。 その中でAl2O3系被覆超硬合金(例えば特公昭
52−13201号)は一般にAl2O3の高温における鋼
との末反応性の故に高速切削において優れた耐摩
耗性を示す。しかし、従来のAl2O3系被覆超硬合
金の被覆層の構造では、高速切削において切削時
に発生する熱により基体の超硬合金が変形する傾
向にあり、耐摩耗性において硬質層を被覆した効
果が十分に発揮されていなかつた。 また、Al2O3自体の脆さの為、耐欠損性にも問
題があつた。 問題点を解決するための手段 本発明者らは種々の研究を行い、前述の従来の
Al2O3系被覆超硬合金よりも熱遮蔽効果に優れ、
かつ耐欠損性に優れた被覆層の構造を追求、検討
した。 Al2O3系被覆超硬合金において、Al2O3膜の内
層としてTiC,TiCN,TiNの単層もしくはそれ
らの複合層が一般的に用いられており、まず
Al2O3の内層として最適な被覆層の構造を追求し
た。 TiC,TiCN,TiNにおいて、物性的にTiCが
最も熱伝導率が大きく次にTiCN、その次にTiN
という順になつている。また硬度はTiCが最も硬
く次にTiCN,次にTiNという順になつている。 第1表にTiCとTiNの物性を示すがTiCNは両
者の中間の値を示す。 「第1表はR.Funk等のCoating of Cemented
Carbide Cutting Tools with Alumina by
Chemical Vapor・Deposition”(J.
Electrochem.Soc,Vol.123,No.2(16)に記載さ
れた値である。」
【表】
切削中の超硬合金基体への熱移動を少なくする
には、熱伝導率の低いTiNの被覆が望ましいが、
TiNのみではTiCより柔らかい為、耐摩耗性に劣
る。そこで先ず、TiNの熱遮蔽効果を有効に発
揮させるためTiNが比較的低温での熱伝導率の
低さに注目し、切削中被覆層内で比較的温度の低
い内層にTiNを被覆し、その外層にTiCを被覆し
た。耐摩耗性の優れたTiCを外層に被覆すれば熱
遮蔽層のTiNの保護になると考えた。 Al2O3層の内層としてこの被覆層の構造をもつ
Al2O3系被覆超硬合金工具を作製し、鋼で切削評
価を行つたところ、内層でTiCで外層がTiNの従
来の膜構造に比べて超硬合金基体の熱による変形
は減少したものの、鋳物切削で耐摩耗性に劣ると
いう欠点があつた。そこで、この原因を調べるた
め両者の被膜層と超硬合金基体との接着強度を比
較したところ、内層にTiNを用いるよりもTiCを
用いた方が接着強度が高いことが判明した。 即ち、最内層と外層にTiCを被覆し、その中間
層にTiNを、さらに最外層にAl2O3を被覆し、か
つ被覆層間の接着強度を高め、結晶歪みを緩和
し、膜自体の強度を高めるために、TiCとTiNの
層間にそれらの中間的特性のTiCNを被覆し、工
具を作製し評価したところ従来のAl2O3系被覆超
硬合金に較べて超硬合金基体の熱変形は減少し、
更に鋳物切削にも良好なことが判明し、被削材に
対する汎用性も向上することがわかつた。 また、上記構造においてTiNのかわりにTiN
を近に組成を持つN比率の高いTiCNを用いても
ほぼ同様な効果が得られた。これはN比率の高い
TiCNはTiNとほぼ同様な特性を示す為と考えら
れる。 次に被覆超硬合金部材において、一般に硬質層
を被覆した場合、基体の超硬合金に比して刃先強
度が低下し工具が欠損し易いという欠点が知られ
ている。 特にAl2O3系被覆超硬合金は、Al2O3自体の脆
さの為、耐欠損性が著しく低下する事が知られて
いる。この欠点を解決するために検討した結果、
Al2O3層の内層としてTiCとTiNの各層の膜厚が
0.5μ以上2.5μ以下のかつTiCNの膜厚が0.1μ以上
2.5μ以下の本発明の被覆構造のものであれば、従
来のAl2O3系の被覆超硬合金よりも工具の耐欠損
性が向上することが判明した。例えば、従来の
Al2O3系の被覆構造である最内層にTiCを5μ、中
間層にTiCNを3μ、外層にTiNを2.5μ被覆し、さ
らに最外層にAl2O3層を1μ被覆した工具と、最内
層および外層にTiCを各2.5μ被覆し、その中間
に、2.5μのTiNが各1.5μのTiCNにはさまれた構
造の中間層を被覆し、さらに最外層にAl2O3層を
1μ被覆した本発明の工具とではTiC,TiCN及び
TiNの総膜厚がいずれも同じであるが、工具の
耐欠損性が本発明の方が格段に優れていることが
判明した。 その理由としては、本発明品ではTiC及び
TiCNを2層に分離して被覆する為、単層でTiC
及びTiCNを同じ膜厚被覆した場合よりも、TiC
及びTiCN粒成長が抑制され、微粒となり亀裂の
伝播が分散され欠損しにくくなることから推定さ
れる。 すなわち、TiCとTiNの膜厚が0.5μ以上2.5μ以
下であり、更にTiCNの膜厚は0.1μ以上2.5μ以下
であれば、耐欠損性の向上に効果がある。各層の
膜厚が2.5μ以上になると結晶粒微細化の効果が少
ないため耐欠損性の効果が少なく、TiC,TiNの
厚みが0.5μ以下となると熱遮蔽効果、耐摩耗性向
上の効果が少なく、TiCNが0.1μ以下ではTiCと
TiN間の接着強度向上の効果が少ない。 次に最外層のAl2O3層の厚みの最適化を検討し
た。その結果Al2O3膜の厚みが0.5μ未満では被覆
の効果なく、5.0μ以上厚くなると工具刃先の耐欠
損性が著しく低下するため0.5μ〜5.0μにする必要
がある。靭性維持のためには、0.5μ〜3.0μの範囲
が好ましい。 なお、Al2O3膜の接着強度を向上するため、
0.3μ〜1.0μ程度のTiBN,TiCBN,TiCO,
TiNO,TiCNO等の結合層をTiC層との間に設
けても、本発明の効果は変わらない。 また、Al2O3膜の外層に着色を目的としたTiN
を2.0μ未満被覆しても本発明の効果に影響がな
い。 以下、実施例によつて説明する。 実施例 1 公知の化学蒸着法にてISOP10の超硬合金に第
2表および第3表に示す種類の被覆層を被覆し、
切削性能を評価した。結果を第2表および第3表
に示す。なお切削性能の評価方法を第4表に示
す。 比較例No.2と3と本発明品No.7と比較すると、
本発明品が熱による変形量、逃げ面摩耗量、欠損
率いずれも従来品より小さく、優れた切削性能を
示している。また、比較例No.1,No.6と本発明品
No.7と比較すると本発明品が耐欠損性に優れ、か
つNo.1に対しては熱による変形量、No.6に対して
は逃げ面摩耗量においてそれぞれ優れている。 次にNo.4,No.5,No.7は最外層のAl2O3の膜厚
のみ変化させているが、Al2O3が厚くなれば欠損
率が大きくなり、反面Al2O3が薄くなれば熱に変
形及び逃げ面摩耗量が大きくなる為、総合切削性
能として本発明品のNo.7が優れる事がわかる。 又、第3表ではTiC,TiCN,TiNの各被覆層
の厚みと切削性能の関係を評価した。 比較品No.8,9,10,11,12は本発明No.15に比
して各膜厚が厚くなつており、その為耐欠損性が
本発明品に比べて低下している。 また、比較品No.13,14は、本発明No.15に比して
各膜厚が薄くなつており、その為熱による変形量
や逃げ面摩耗量が本発明品No.15に比して大きくな
つている。第4表中熱による変形量1)は、第1図
に示す切削後のチツプの損傷状態を示す説明図に
おいて、Vsの大きさを示す。又、欠損率2 )は第2
図に示す溝付被切削材の断面形状の切削におい
て、10切刃切削したときの欠損率の相対比較を示
す。
には、熱伝導率の低いTiNの被覆が望ましいが、
TiNのみではTiCより柔らかい為、耐摩耗性に劣
る。そこで先ず、TiNの熱遮蔽効果を有効に発
揮させるためTiNが比較的低温での熱伝導率の
低さに注目し、切削中被覆層内で比較的温度の低
い内層にTiNを被覆し、その外層にTiCを被覆し
た。耐摩耗性の優れたTiCを外層に被覆すれば熱
遮蔽層のTiNの保護になると考えた。 Al2O3層の内層としてこの被覆層の構造をもつ
Al2O3系被覆超硬合金工具を作製し、鋼で切削評
価を行つたところ、内層でTiCで外層がTiNの従
来の膜構造に比べて超硬合金基体の熱による変形
は減少したものの、鋳物切削で耐摩耗性に劣ると
いう欠点があつた。そこで、この原因を調べるた
め両者の被膜層と超硬合金基体との接着強度を比
較したところ、内層にTiNを用いるよりもTiCを
用いた方が接着強度が高いことが判明した。 即ち、最内層と外層にTiCを被覆し、その中間
層にTiNを、さらに最外層にAl2O3を被覆し、か
つ被覆層間の接着強度を高め、結晶歪みを緩和
し、膜自体の強度を高めるために、TiCとTiNの
層間にそれらの中間的特性のTiCNを被覆し、工
具を作製し評価したところ従来のAl2O3系被覆超
硬合金に較べて超硬合金基体の熱変形は減少し、
更に鋳物切削にも良好なことが判明し、被削材に
対する汎用性も向上することがわかつた。 また、上記構造においてTiNのかわりにTiN
を近に組成を持つN比率の高いTiCNを用いても
ほぼ同様な効果が得られた。これはN比率の高い
TiCNはTiNとほぼ同様な特性を示す為と考えら
れる。 次に被覆超硬合金部材において、一般に硬質層
を被覆した場合、基体の超硬合金に比して刃先強
度が低下し工具が欠損し易いという欠点が知られ
ている。 特にAl2O3系被覆超硬合金は、Al2O3自体の脆
さの為、耐欠損性が著しく低下する事が知られて
いる。この欠点を解決するために検討した結果、
Al2O3層の内層としてTiCとTiNの各層の膜厚が
0.5μ以上2.5μ以下のかつTiCNの膜厚が0.1μ以上
2.5μ以下の本発明の被覆構造のものであれば、従
来のAl2O3系の被覆超硬合金よりも工具の耐欠損
性が向上することが判明した。例えば、従来の
Al2O3系の被覆構造である最内層にTiCを5μ、中
間層にTiCNを3μ、外層にTiNを2.5μ被覆し、さ
らに最外層にAl2O3層を1μ被覆した工具と、最内
層および外層にTiCを各2.5μ被覆し、その中間
に、2.5μのTiNが各1.5μのTiCNにはさまれた構
造の中間層を被覆し、さらに最外層にAl2O3層を
1μ被覆した本発明の工具とではTiC,TiCN及び
TiNの総膜厚がいずれも同じであるが、工具の
耐欠損性が本発明の方が格段に優れていることが
判明した。 その理由としては、本発明品ではTiC及び
TiCNを2層に分離して被覆する為、単層でTiC
及びTiCNを同じ膜厚被覆した場合よりも、TiC
及びTiCN粒成長が抑制され、微粒となり亀裂の
伝播が分散され欠損しにくくなることから推定さ
れる。 すなわち、TiCとTiNの膜厚が0.5μ以上2.5μ以
下であり、更にTiCNの膜厚は0.1μ以上2.5μ以下
であれば、耐欠損性の向上に効果がある。各層の
膜厚が2.5μ以上になると結晶粒微細化の効果が少
ないため耐欠損性の効果が少なく、TiC,TiNの
厚みが0.5μ以下となると熱遮蔽効果、耐摩耗性向
上の効果が少なく、TiCNが0.1μ以下ではTiCと
TiN間の接着強度向上の効果が少ない。 次に最外層のAl2O3層の厚みの最適化を検討し
た。その結果Al2O3膜の厚みが0.5μ未満では被覆
の効果なく、5.0μ以上厚くなると工具刃先の耐欠
損性が著しく低下するため0.5μ〜5.0μにする必要
がある。靭性維持のためには、0.5μ〜3.0μの範囲
が好ましい。 なお、Al2O3膜の接着強度を向上するため、
0.3μ〜1.0μ程度のTiBN,TiCBN,TiCO,
TiNO,TiCNO等の結合層をTiC層との間に設
けても、本発明の効果は変わらない。 また、Al2O3膜の外層に着色を目的としたTiN
を2.0μ未満被覆しても本発明の効果に影響がな
い。 以下、実施例によつて説明する。 実施例 1 公知の化学蒸着法にてISOP10の超硬合金に第
2表および第3表に示す種類の被覆層を被覆し、
切削性能を評価した。結果を第2表および第3表
に示す。なお切削性能の評価方法を第4表に示
す。 比較例No.2と3と本発明品No.7と比較すると、
本発明品が熱による変形量、逃げ面摩耗量、欠損
率いずれも従来品より小さく、優れた切削性能を
示している。また、比較例No.1,No.6と本発明品
No.7と比較すると本発明品が耐欠損性に優れ、か
つNo.1に対しては熱による変形量、No.6に対して
は逃げ面摩耗量においてそれぞれ優れている。 次にNo.4,No.5,No.7は最外層のAl2O3の膜厚
のみ変化させているが、Al2O3が厚くなれば欠損
率が大きくなり、反面Al2O3が薄くなれば熱に変
形及び逃げ面摩耗量が大きくなる為、総合切削性
能として本発明品のNo.7が優れる事がわかる。 又、第3表ではTiC,TiCN,TiNの各被覆層
の厚みと切削性能の関係を評価した。 比較品No.8,9,10,11,12は本発明No.15に比
して各膜厚が厚くなつており、その為耐欠損性が
本発明品に比べて低下している。 また、比較品No.13,14は、本発明No.15に比して
各膜厚が薄くなつており、その為熱による変形量
や逃げ面摩耗量が本発明品No.15に比して大きくな
つている。第4表中熱による変形量1)は、第1図
に示す切削後のチツプの損傷状態を示す説明図に
おいて、Vsの大きさを示す。又、欠損率2 )は第2
図に示す溝付被切削材の断面形状の切削におい
て、10切刃切削したときの欠損率の相対比較を示
す。
【表】
【表】
※:厚さが範囲外を示す。
【表】
※:厚さが範囲外を示す。
【表】
第1図は切削後のチツプの損傷状態を示す模式
図であり、イがチツプ上面図で1がすくい面、
KTはフレーター摩耗を示す。ロはチツプの正面
図で2が逃げ面、VSが熱による変形量、VBが逃
げ面摩耗である。第2図は、欠損率の評価に用い
た溝付材の断面形状を示す。
図であり、イがチツプ上面図で1がすくい面、
KTはフレーター摩耗を示す。ロはチツプの正面
図で2が逃げ面、VSが熱による変形量、VBが逃
げ面摩耗である。第2図は、欠損率の評価に用い
た溝付材の断面形状を示す。
Claims (1)
- 1 表面に硬質被覆層を設けた被覆超硬合金部材
において、厚み0.5μ以上2.5μ以下の最内層と外層
のTiCの間に、TiCNにTiNがはさまれた構造が
中間層として形成され、最外層に0.5μ以上5.0以
下のAl2O3層が被覆されており、該TiNの被覆層
の厚みが0.5μ以上2.5μ以下であり、かつTiCNの
被覆層の厚みが0.1μ以上2.5μ以下である事を特徴
とする被覆超硬合金部材。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062800A JPS61221369A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 被覆超硬合金部材 |
| EP86302087A EP0196201B2 (en) | 1985-03-27 | 1986-03-20 | A surface-coated cemented carbide article or part |
| DE8686302087T DE3661545D1 (en) | 1985-03-27 | 1986-03-20 | A surface-coated cemented carbide article or part |
| US06/842,805 US4720437A (en) | 1985-03-27 | 1986-03-21 | Surface-coated cemented carbide article or part |
| KR1019860002171A KR890002160B1 (ko) | 1985-03-27 | 1986-03-24 | 피복초경합금부재 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062800A JPS61221369A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 被覆超硬合金部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61221369A JPS61221369A (ja) | 1986-10-01 |
| JPH0372155B2 true JPH0372155B2 (ja) | 1991-11-15 |
Family
ID=13210779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60062800A Granted JPS61221369A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 被覆超硬合金部材 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0196201B2 (ja) |
| JP (1) | JPS61221369A (ja) |
| KR (1) | KR890002160B1 (ja) |
| DE (1) | DE3661545D1 (ja) |
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| JPH0773802B2 (ja) * | 1987-07-10 | 1995-08-09 | 住友電気工業株式会社 | 被覆超硬合金工具 |
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| JP5658452B2 (ja) * | 2008-12-16 | 2015-01-28 | 富士フイルム株式会社 | 積層体の製造方法 |
| US8409734B2 (en) | 2011-03-04 | 2013-04-02 | Kennametal Inc. | Coated substrates and methods of making same |
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| JPS5294812A (en) * | 1976-02-06 | 1977-08-09 | Mitsubishi Metal Corp | Covered super hard throwaway tip |
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| CH632944A5 (fr) * | 1978-06-22 | 1982-11-15 | Stellram Sa | Piece d'usure en metal dur. |
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| IL63802A (en) * | 1981-09-11 | 1984-10-31 | Iscar Ltd | Sintered hard metal products having a multi-layer wear-resistant coating |
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| AT377786B (de) * | 1981-12-24 | 1985-04-25 | Plansee Metallwerk | Verschleissteil, insbesondere hartmetall -schneideinsatz zur spanabhebenden bearbeitung |
-
1985
- 1985-03-27 JP JP60062800A patent/JPS61221369A/ja active Granted
-
1986
- 1986-03-20 EP EP86302087A patent/EP0196201B2/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-03-20 DE DE8686302087T patent/DE3661545D1/de not_active Expired
- 1986-03-21 US US06/842,805 patent/US4720437A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-03-24 KR KR1019860002171A patent/KR890002160B1/ko not_active Expired
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| DE3661545D1 (en) | 1989-02-02 |
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| KR890002160B1 (ko) | 1989-06-21 |
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