JPH04135105A - 被覆超硬質合金工具 - Google Patents
被覆超硬質合金工具Info
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- JPH04135105A JPH04135105A JP10823890A JP10823890A JPH04135105A JP H04135105 A JPH04135105 A JP H04135105A JP 10823890 A JP10823890 A JP 10823890A JP 10823890 A JP10823890 A JP 10823890A JP H04135105 A JPH04135105 A JP H04135105A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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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。
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］
本発明は超硬合金の被覆、特に基体と皮膜の密着性の改
良に関する。
良に関する。
［従来の技術］
従来、超硬合金にＴ ｉ Ｃ，Ｔ ｊ、 Ｎ、 Ａ
］、 ｚｏｓ等を被覆した工具に関し、ては数多くの製
品が実用化されているが、その傾向は耐摩耗性の向上を
主眼とした改善であった。
］、 ｚｏｓ等を被覆した工具に関し、ては数多くの製
品が実用化されているが、その傾向は耐摩耗性の向上を
主眼とした改善であった。
しかし、被覆工具の用途拡大によってその使用される領
域も拡大し、荒加工、重断続切削等にも使用可能な工具
が要求されている。
域も拡大し、荒加工、重断続切削等にも使用可能な工具
が要求されている。
また、高速切削化も進み、中または軽断続切削では仕上
げに近い速度で行われるため、化学的な安定性にたいし
ても長寿命化が求められている。
げに近い速度で行われるため、化学的な安定性にたいし
ても長寿命化が求められている。
しかし、超硬合金は基本的に脆性材料であるためチッピ
ング、衝撃等による欠けが生じやすく、また皮膜に関し
ても連続切削でないため、膜相互間の密着性が十分でな
いと剥離しやすい。
ング、衝撃等による欠けが生じやすく、また皮膜に関し
ても連続切削でないため、膜相互間の密着性が十分でな
いと剥離しやすい。
つぎに、超硬合金の基体については、従来Ｍ２０〜Ｍ３
０相当の合金にＴｉＮ等の窒化物を添加し、表面近傍に
、いわゆる脱ベータ層を作り（基体表面から５〜５０ミ
クロン程度をＷＣ−Ｃｏ相とする）、皮膜から伝播する
クラック等の伸展を阻害し、基体−皮膜の強度を高める
方法が取られている。 （特開開５４−８７１１９）し
かし、この方法では、 １）基体中に多量の窒化物を添加するため、焼結性が悪
くなり、欠陥が発生しやすくなる。
０相当の合金にＴｉＮ等の窒化物を添加し、表面近傍に
、いわゆる脱ベータ層を作り（基体表面から５〜５０ミ
クロン程度をＷＣ−Ｃｏ相とする）、皮膜から伝播する
クラック等の伸展を阻害し、基体−皮膜の強度を高める
方法が取られている。 （特開開５４−８７１１９）し
かし、この方法では、 １）基体中に多量の窒化物を添加するため、焼結性が悪
くなり、欠陥が発生しやすくなる。
２）皮膜最内層がＴｉＣ，ＴｉＮ等のＴｉ化合物であり
、接合部分が同種の材料でないため、密着強度が弱く、
特にＴｉＣの場合にはカーボンの移動による脱炭相が生
じやすい等の欠点がある。
、接合部分が同種の材料でないため、密着強度が弱く、
特にＴｉＣの場合にはカーボンの移動による脱炭相が生
じやすい等の欠点がある。
そのため、特開昭５４−８７１１９では、基体中にフリ
ーカーボンを０．０１〜０．５％程度含有させる等の対
策を講じている。
ーカーボンを０．０１〜０．５％程度含有させる等の対
策を講じている。
つぎに、皮膜については、その要因は数多くあり、用途
により特長を持たせる事が可能である。
により特長を持たせる事が可能である。
そのため化学蒸着法（ＣＶＤ）の特長を生かして、強度
を優先する皮膜の適用、すなわち、基体と皮膜間の脱炭
層を少なくするためにはカーボンの移動を阻害する膜質
を選定し、かつ、基体−皮膜間の密着性を確保するため
１つの層を薄くすることに効果がある。
を優先する皮膜の適用、すなわち、基体と皮膜間の脱炭
層を少なくするためにはカーボンの移動を阻害する膜質
を選定し、かつ、基体−皮膜間の密着性を確保するため
１つの層を薄くすることに効果がある。
そのため、本発明者らはＪＩＳ Ｍ系層硬合金におい
て脱ベータ相を前提とし、脆弱な脱炭層の生成の防止に
関して種々検討した結果、ＣＶＤ法でＴｉＮ皮膜を組み
合わせると脱炭層の原因となるカーボンの移動が減少し
脱炭層の生成が著しく減少するが、同時に窒化物を基体
上に被覆するため基体−皮膜間の密着が悪く実用には適
さなかった。しかし、最内層にＴｉＣを密着性が改善さ
れる程度組み合わせる事により双方のバランスがとれ、
脱ベータ相による強度の向上、密着性をおとさずに、脱
炭層を減少する事が可能となり、総合的に重断続切削の
衝撃によるチ、ツビングや皮膜の剥離に対し、十分な強
度の被覆工具が得られた。
て脱ベータ相を前提とし、脆弱な脱炭層の生成の防止に
関して種々検討した結果、ＣＶＤ法でＴｉＮ皮膜を組み
合わせると脱炭層の原因となるカーボンの移動が減少し
脱炭層の生成が著しく減少するが、同時に窒化物を基体
上に被覆するため基体−皮膜間の密着が悪く実用には適
さなかった。しかし、最内層にＴｉＣを密着性が改善さ
れる程度組み合わせる事により双方のバランスがとれ、
脱ベータ相による強度の向上、密着性をおとさずに、脱
炭層を減少する事が可能となり、総合的に重断続切削の
衝撃によるチ、ツビングや皮膜の剥離に対し、十分な強
度の被覆工具が得られた。
以上のごとく、本発明は周期律表の４ａ′、５ａ。
６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、Ｆｅ
族、Ｃｒ族の１種以上よりなる超硬質合金を基体とし、
該基体表面に５〜５０ミクロンの脱ベータ相を生成し、
その基体上に １）最内層としてＴｉＣ０，２〜１ミクロン２）第２層
としてＴｉＮ１．０〜５ミクロン３）第３層としてＴｉ
Ｃ，Ｔ１ＣＮまたはＡＬ２０３の１種または２種以上５
〜１５ミクロン４）最外層としてＴｉＮを１．０〜５ミ
クロン被覆したことを特徴とする被覆超硬合金工具であ
る。
族、Ｃｒ族の１種以上よりなる超硬質合金を基体とし、
該基体表面に５〜５０ミクロンの脱ベータ相を生成し、
その基体上に １）最内層としてＴｉＣ０，２〜１ミクロン２）第２層
としてＴｉＮ１．０〜５ミクロン３）第３層としてＴｉ
Ｃ，Ｔ１ＣＮまたはＡＬ２０３の１種または２種以上５
〜１５ミクロン４）最外層としてＴｉＮを１．０〜５ミ
クロン被覆したことを特徴とする被覆超硬合金工具であ
る。
本発明による被覆工具の脱ベータ相、皮膜は以下の理由
により限定される。
により限定される。
１）脱ベータ相 ５〜５０ミクロン
脱ベータ相の厚さが５ミクロン未満では充分な強度を付
与することが出来ず、５０ミクロンをこえると耐摩耗性
（耐溶着性）が悪くなるため５〜５０ミクロンとした。
与することが出来ず、５０ミクロンをこえると耐摩耗性
（耐溶着性）が悪くなるため５〜５０ミクロンとした。
また、脱ベータ相を生成するた゛めには窒化物を添加し
、その脱窒現象を応用した溶質移動により生成する方法
が一般的に行われているが、本発明では焼結時の雰囲気
調整を窒素雰囲気と浸炭性雰囲気を調整することにより
結合金属量をほぼ同量に保ちつつ生成する事ができる。
、その脱窒現象を応用した溶質移動により生成する方法
が一般的に行われているが、本発明では焼結時の雰囲気
調整を窒素雰囲気と浸炭性雰囲気を調整することにより
結合金属量をほぼ同量に保ちつつ生成する事ができる。
また、ＴｉＮでも十分生成出来るが、他の窒化物でも、
例えばＴａ、Ｎｂ等の５ａ族の窒化物、炭窒化物でもそ
の添加量と窒素雰囲気調整により十分生成する事ができ
る。
例えばＴａ、Ｎｂ等の５ａ族の窒化物、炭窒化物でもそ
の添加量と窒素雰囲気調整により十分生成する事ができ
る。
２）最内層 ＴｉＣ０，２〜１ミクロン基体ＷＣ−Ｃｏ
合金との密着性を保つためには０．２ミクロン以上必要
であり、また１ミクロンを越えると界面に脱炭層を生じ
やすくなるため０゜２〜１ミクロンとした。
合金との密着性を保つためには０．２ミクロン以上必要
であり、また１ミクロンを越えると界面に脱炭層を生じ
やすくなるため０゜２〜１ミクロンとした。
３）第２層 ＴｉＮ１．Ｏ〜５ミクロン基体ＷＣ−Ｃｏ
合金からの脱カーボンを阻害するため、１ミクロン以上
必要であり、また５ミクロンを越えると耐摩耗性の付与
が十分でないため１．０〜５ミクロンとした。
合金からの脱カーボンを阻害するため、１ミクロン以上
必要であり、また５ミクロンを越えると耐摩耗性の付与
が十分でないため１．０〜５ミクロンとした。
３）第３層 ＴｉＣ，Ｔ１ＣＮまたハＡ １２０５（０
１種または２種以上 ５〜１５ミクロン 耐摩耗性を十分にもたせるため、５ミクロン以上必要で
あり、また１５ミクロンを越えると皮膜全体の厚さが厚
くなり剥離を生じやすくなるため、５〜１５ミクロンと
した。
１種または２種以上 ５〜１５ミクロン 耐摩耗性を十分にもたせるため、５ミクロン以上必要で
あり、また１５ミクロンを越えると皮膜全体の厚さが厚
くなり剥離を生じやすくなるため、５〜１５ミクロンと
した。
４）最外層 ＴｉＮ１．Ｏ〜５ミクロン耐溶着性を十分
にもたせるため、１．０ミクロン以上必要であり、また
５ミクロンを越えると剥離を生じやすくなるため、１．
０〜５ミクロンとした。
にもたせるため、１．０ミクロン以上必要であり、また
５ミクロンを越えると剥離を生じやすくなるため、１．
０〜５ミクロンとした。
以下、本発明に関し具体的に説明する。
［実施例１］
市販のＷＣ粉末（平均粒度５．０μｍ） 、ＴｉＣ粉
末（同１．Ｏ，ｕｍ） 、ＴｉＮ粉末（同１゜０μｍ
）、ＴａＣ粉末（１，５μｍ）及び結合相としてＣｏ粉
末を使用して、−ａに旋削用の基体に使用されるＪＩＳ
Ｍ２０相当（組成８６ＷＣ＝２ＴｉＣ−５ＴａＣ−
７Ｃｏ−０，２ＴｉＮ）になるように配合した。これら
の粉末をＮ量を変化させつつ配合し、混合終了後、転帰
した債、プレス成形し、メタン、窒素雰囲気を調整した
真空中１４００℃でｌｈｒ焼結したのち、ＳＮＭＡ４３
２の形状に加工した。
末（同１．Ｏ，ｕｍ） 、ＴｉＮ粉末（同１゜０μｍ
）、ＴａＣ粉末（１，５μｍ）及び結合相としてＣｏ粉
末を使用して、−ａに旋削用の基体に使用されるＪＩＳ
Ｍ２０相当（組成８６ＷＣ＝２ＴｉＣ−５ＴａＣ−
７Ｃｏ−０，２ＴｉＮ）になるように配合した。これら
の粉末をＮ量を変化させつつ配合し、混合終了後、転帰
した債、プレス成形し、メタン、窒素雰囲気を調整した
真空中１４００℃でｌｈｒ焼結したのち、ＳＮＭＡ４３
２の形状に加工した。
このチップを研磨し脱ベータ層の厚さを測定した結果を
第工表に示す、Ｎ量が少ないと十分な脱ベータ層は生成
できずある程度以上の添加量が必要であり、また、添加
はＴｉＮとして実施した。
第工表に示す、Ｎ量が少ないと十分な脱ベータ層は生成
できずある程度以上の添加量が必要であり、また、添加
はＴｉＮとして実施した。
第１表
第２表
［実施例２］
実施例１と同様な粉末とＴａＮ粉末（１，５μｍ）Ｎｂ
Ｎ粉末（１，５μｍ）を使用して、液相発生温度以下に
おける焼結時の真空度、保持時間を変化させる事により
脱ベータ層の厚さを変化させ、実施例１と同様な方法で
測定した。第２表にその脱ベータ層の厚さ示す。
Ｎ粉末（１，５μｍ）を使用して、液相発生温度以下に
おける焼結時の真空度、保持時間を変化させる事により
脱ベータ層の厚さを変化させ、実施例１と同様な方法で
測定した。第２表にその脱ベータ層の厚さ示す。
ＴａＮ、ＮｂＮ等の窒化物でも添加量と雰囲気の調整に
より十分な厚さの脱ベータ層が得られる。
より十分な厚さの脱ベータ層が得られる。
［実施例３］
実施例１、試料番号３で用いたＪＩＳ Ｍ３０相当の
超硬合金（脱ベータ相２５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に応じて様々な表
面処理を実施した。ＴｉＣはＣＶＤ反応炉中に設置し、
Ｈ，ガスを流しながら、１０００℃まで昇温しＴｉＣｌ
４２％、ＣＨ４４％、Ｈ２残からなる混合気体を流量７
リツタ一／ｍｉｎ圧力４０ｍｍＨｇの条件で供給し０．
２時間〜３時間反応させ基体上にＴｉＣを０．２〜５ミ
クロンの畿覆層を形成させた。また同様にＴｉＮの場合
はガス系をＮ２２％に変更し０． ２時間〜３時間反応
させ基体上にＴｉＮを０．２〜５ミクロンの被覆層を形
成させた。制作した資料の膜質と膜厚を第１表に示す。
超硬合金（脱ベータ相２５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に応じて様々な表
面処理を実施した。ＴｉＣはＣＶＤ反応炉中に設置し、
Ｈ，ガスを流しながら、１０００℃まで昇温しＴｉＣｌ
４２％、ＣＨ４４％、Ｈ２残からなる混合気体を流量７
リツタ一／ｍｉｎ圧力４０ｍｍＨｇの条件で供給し０．
２時間〜３時間反応させ基体上にＴｉＣを０．２〜５ミ
クロンの畿覆層を形成させた。また同様にＴｉＮの場合
はガス系をＮ２２％に変更し０． ２時間〜３時間反応
させ基体上にＴｉＮを０．２〜５ミクロンの被覆層を形
成させた。制作した資料の膜質と膜厚を第１表に示す。
第１表
結果 ◇；剥離によるもの
ロ：チヅビングを生じたもの
○；正常摩耗
そのチップの耐欠損性と、剥離性を確認するため、 フ
ライス工具での１枚方切削にて切削試験を実施した。
ライス工具での１枚方切削にて切削試験を実施した。
ホルダー ダブルネガタイプ １枚方
チップ ＳＮＭＡ４３２
被削材 ＳＣＭ−４４０Ｈ３４５
切削速度 ２００ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ送り ０．
３ｍｍ／刃 切り込み 約５ｍｍ 寿命判定 ５分切削徨の損傷観察 切削後の損傷状態は、剥離によるもの、チッピングを生
じたもの、正常摩耗の３種類に分類できるが、その結果
を第３表に併記する。
３ｍｍ／刃 切り込み 約５ｍｍ 寿命判定 ５分切削徨の損傷観察 切削後の損傷状態は、剥離によるもの、チッピングを生
じたもの、正常摩耗の３種類に分類できるが、その結果
を第３表に併記する。
第３表より最内層ＴｉＮではある程度薄くても剥離を生
じたがＴｉＣ層の場合には剥離はなく正常な摩耗を示し
た。しかし、最内層ＴｉＣが厚くなるにしたがい脱炭層
の生成が多くなり耐チッピング性が劣化する傾向にある
。
じたがＴｉＣ層の場合には剥離はなく正常な摩耗を示し
た。しかし、最内層ＴｉＣが厚くなるにしたがい脱炭層
の生成が多くなり耐チッピング性が劣化する傾向にある
。
［実施例４コ
実施例１、試料番号５で用いたＪＩＳ Ｍ３０相当の
超硬合金（脱ベータ相３５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に応じて様々な表
面処理を実施した。その層構造を第４表に示す。
超硬合金（脱ベータ相３５ミクロンを生成）、でＳＮＭ
Ａ４３２を製作した。その表面に目的に応じて様々な表
面処理を実施した。その層構造を第４表に示す。
第４表
ネ：３４の層構造はＴｉＣ−ＴｉＮ−１，５μＡｌ２Ｏ
，−２，０ＴｉＮ−−１，５μ Ａｌ２Ｏ３”２．０μ
ＴｉＮ切削試験の条件は構造用鋼丸棒の断続切削にて
実施した。断続切削では負荷が衝撃的に加わり、切削性
能上重要な耐チッピング性をＮ認した。
，−２，０ＴｉＮ−−１，５μ Ａｌ２Ｏ３”２．０μ
ＴｉＮ切削試験の条件は構造用鋼丸棒の断続切削にて
実施した。断続切削では負荷が衝撃的に加わり、切削性
能上重要な耐チッピング性をＮ認した。
切削速度 ２００ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ送り ０
． ２ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ３．０ｍｍ 切削時間 ２ｍ１ｎ その結果、本発明のチップは皮膜の多層化に伴い、正常
な摩耗を示し、かつ、チッピングもなかった。さらに耐
摩耗性を比較する力め同様な切削条件で継続して行った
。切削時間１０分では各チップとも大差ないが、３０分
切削後の逃げ面過大摩耗量ではいずれも正常摩耗を示し
、多層化の効果が確認できた。
． ２ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ３．０ｍｍ 切削時間 ２ｍ１ｎ その結果、本発明のチップは皮膜の多層化に伴い、正常
な摩耗を示し、かつ、チッピングもなかった。さらに耐
摩耗性を比較する力め同様な切削条件で継続して行った
。切削時間１０分では各チップとも大差ないが、３０分
切削後の逃げ面過大摩耗量ではいずれも正常摩耗を示し
、多層化の効果が確認できた。
本発明の被覆超硬合金工具は脱ベータ層と皮膜最内層Ｔ
ｉＣを特定することにより、基体中の強度アップと、脱
炭層の減少を達成し、刃先強度を増し、耐チッピング性
、耐摩耗性を向上させたものであり、被覆工具を断続分
野へより適用範囲を広げた工具である。
ｉＣを特定することにより、基体中の強度アップと、脱
炭層の減少を達成し、刃先強度を増し、耐チッピング性
、耐摩耗性を向上させたものであり、被覆工具を断続分
野へより適用範囲を広げた工具である。
Claims (6)
- １．周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族の炭化物、窒化物、
炭窒化物の１種以上と、Ｆｅ族、Ｃｒ族の１種以上より
なる超硬質合金を基体とし、該基体表面に５〜５０ミク
ロンの脱ベータ相を生成し、その基体上に １）最内層としてＴｉＣ０．２〜１ミクロン ２）第２層としでＴｉＮ１．０〜５ミクロン ３）第３層としてＴｉＣ、ＴｉＣＮまたはＡｌ＿２Ｏ＿
３の１種または２種以上５〜１５ミクロン ４）最外層としてＴｉを１．０〜５ミクロン被覆したこ
とを特徴とする被覆超硬合金工具。 - ２．特許請求の範囲第１項において、該基体表直に脱ベ
ータ相を生成するため、窒化物を含有させた事を特徴と
する硬質合金工具。 - ３．特許請求の範囲第２項において、該基体表面の脱ベ
ータ相を生成するため、ＴｉＮをＮ量に換算して０．０
５〜０．５％含有してなることを特徴とする超硬質合金
工具。 - ４．特許請求の範囲第２項において、該基体表面の脱ベ
ータ相を生成するため、ＴａＮをＮ量に換算して０．１
〜１．０％含有してなることを特徴とする超硬質合金工
具。 - ５．特許請求の範囲第１項において、該基体表面の脱ベ
ータ相は、基体の組成と比較して結合金属がほぼ近似し
ている事を特徴とする超硬質合金工具。 - ６．特許請求の範囲第１項において、第３層の皮膜がＡ
ｌ＿２Ｏ＿３の複層から成る事を特徴とする超硬質合金
工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2108238A JP2657235B2 (ja) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | 被覆超硬質合金工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2108238A JP2657235B2 (ja) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | 被覆超硬質合金工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04135105A true JPH04135105A (ja) | 1992-05-08 |
| JP2657235B2 JP2657235B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=14479574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2108238A Expired - Lifetime JP2657235B2 (ja) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | 被覆超硬質合金工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2657235B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5499173A (en) * | 1993-09-30 | 1996-03-12 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Head lamp device for motor vehicle |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55148762A (en) * | 1979-05-08 | 1980-11-19 | Mitsubishi Metal Corp | Surface-coated super hard alloy tool |
| JPH0238559A (ja) * | 1988-07-29 | 1990-02-07 | Mitsubishi Metal Corp | 耐衝撃性のすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
-
1990
- 1990-04-24 JP JP2108238A patent/JP2657235B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55148762A (en) * | 1979-05-08 | 1980-11-19 | Mitsubishi Metal Corp | Surface-coated super hard alloy tool |
| JPH0238559A (ja) * | 1988-07-29 | 1990-02-07 | Mitsubishi Metal Corp | 耐衝撃性のすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5499173A (en) * | 1993-09-30 | 1996-03-12 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Head lamp device for motor vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2657235B2 (ja) | 1997-09-24 |
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