JPH0547632B2 - - Google Patents
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- JPH0547632B2 JPH0547632B2 JP1229684A JP1229684A JPH0547632B2 JP H0547632 B2 JPH0547632 B2 JP H0547632B2 JP 1229684 A JP1229684 A JP 1229684A JP 1229684 A JP1229684 A JP 1229684A JP H0547632 B2 JPH0547632 B2 JP H0547632B2
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- JP
- Japan
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- base material
- tungsten
- coated
- hard alloy
- carbide
- Prior art date
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、被覆硬質合金に関し、特に被覆硬質
合金の母材とする焼結硬質合金に関するものであ
る。 近年、切削加工の高能率化が進み、工具材料な
ども高速切削や高送り切削に適するものが要求さ
れ、これらに対応してTiC基サーメツトやTiN基
サーメツトまたは酸化アルミ系セラミツクなどの
工具材料や硬物質体の表面にTiCまたはTiNある
いは酸化アルミニウムなどを単層または複層でコ
ーテイングした被覆工具などが供されている。 しかし、上記したTiC基サーメツトやTiN基サ
ーメツトまたは被覆工具の母材である硬物質体は
多くの鉄族金属を含有させ、これを結合相として
いるため、高速切削や高送り切削などの重切削に
おいて切刃が温度上昇した場合、前記サーメツト
や被覆工具の母材である硬物質体は塑性変形およ
び化学反応によつて短い寿命のものとなる。特に
被覆工具において、該工具の母材である硬物質体
の表面にいかに硬度または耐摩耗性の高い被覆層
を形成しても該硬物質体が上記のような不具合を
有するものであれば所期の性能を充分発揮するこ
とができない。 また、高温での塑性変形または化学反応の少な
い材料として酸化アルミニウムを主体としたセラ
ミツク工具も使用されているが、これは強度が低
く、加えて熱伝導が低いために熱的衝撃に弱いこ
となど信頼性に欠け、その使用範囲は限定され
る。 本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもの
で、被覆層を有する硬質合金工具の母材である硬
質合金の結合相をタングステンと少量の鉄族金属
で構成し、該母材の焼結性はもとより高温での塑
性変形または化学反応を防ぎ工具寿命を上昇させ
ると共に生産コストを低減せしめた高速切削や高
送り切削などの重切削に適する被覆硬質合金を提
供することを目的とするものである。 本発明は、重量比で炭化タングステン10〜95
％．炭化チタン２〜80％．窒化チタン２〜80％の
混合物または相互化合物とタングステンの金属相
が0.1〜10％存在し、鉄．コバルト．ニツケルの
鉄族金属の１種または２種以上を５％以下含有
し、かつ窒素が0.1〜15％含有した焼結硬質合金
を母材とし、該母材の表面の一部または全部に
TiC.TiN.TiCN.TiCNOおよびAl2O3の１種また
は２種以上を１〜20μ被覆した被覆硬質合金であ
る。 次に、上記被覆硬質合金の母材となる焼結硬質
合金について述べる。 炭化タングステン10〜95wt％と炭化チタン２
〜80wt％と窒素チタン２〜80wt％の混合物また
は相互化合物と鉄．ニツケル．コバルトなどの鉄
族金属を5wt％以下を含有する圧粉体を１〜10−
３mmHgの真空中で1300℃以上1800℃以下で加熱し
て窒化チタンの一部を脱窒させ、そしてTiN1-X
によつて炭化タングステンを脱炭させてタングス
テンを析出させ、このタングステンまたは該タン
グステンと少量の前記鉄族金属で、この焼結硬質
合金の結合相を構成せしめることによつて重切削
時において塑性変形または化学反応が少なく高強
度の該硬質合金が特殊な装置を必要とせずコスト
的に有利な在来の装置で得られる。 以下、上記焼結硬質合金の限定理由について述
べる。 炭化タングステンは、これが脱炭してタングス
テンを析出させるので不可欠であり、その含有量
は10wt％を下回ると所望のタングステンは析出
せず、したがつて該合金の所期の靭性を示さず、
被覆工具の母材として不適格なものとなるし、こ
れが95wt％を越えると、これに対応して窒化チ
タンの量不足をきたし、タングステンの析出が難
しく充分なる母材強度が得られない。 炭化チタンは、焼結中においてタングステンと
窒化チタンと反応してTiCNあるいは（W.Ti）
CNを形成して焼結を促進するが、その量が80wt
％を越えたり、2wt％を下回ると焼結性が悪くな
る。 また、窒化チタンは、これが脱窒して炭化タン
グステンの炭素と結合し、その結果タングステン
を析出させるものであるから、この合金中には不
可欠である。しかし、その量が2wt％を下回ると
タングステンを充分に析出させないし、80wt％
を越えると、これに対応して炭化タングステン量
が不足するので適当でない。 鉄．ニツケル．コバルトなどの鉄族金属は、こ
の合金の焼結性をあげるのと同時にタングステン
と共に結合相を構成して合金を強化するものであ
るが5wt％を越えると該母材合金の硬度が低下し
たり高温での塑性変形量が大きくなり所望する母
材が得られないので好ましくない。なお、この被
覆工具の母材において炭化タングステンおよび窒
化チタンの含有量がともに適当量でありタングス
テンの析出が充分おこなわれる組成域においては
該鉄族金属は含有させなくてもよいが炭化タング
ステンが80wt％を越えるような場合や15wt％以
下のようなタングステンの析出量が少ないときは
5wt％以下のものを含有させる。 また、窒素は、窒化物、炭窒化物として合金中
に存在するが、焼結中に脱窒せしめ、この合金中
に残存する窒素量の下限を0.1wt％とする。なお、
この値を下回ると合金の靭性が低下するし、
15wt％を越えると本発明による組成または焼結
条件ではタングステンの析出が僅少となり結合相
としては適当でなくなる。これらの理由について
はTiC基サーメツトよりもTiN基サーメツトの方
が靭性にすぐれているのと同様に窒化物の特性が
大きく影響しているものと推考する。 上記した焼結硬質合金を母材とし、これの表面
の一部または全部にTiC.TiN.TiCN.TiCNOまた
はAl2O3の単層または復層を層厚み１〜20μコー
テイングする方法は在来のCVD法またはPVD法
など任意な方法および手段をもちいておこなうこ
とにより高温特性にすぐれた長寿命で重切削に適
する被覆硬質合金工具が得られる。 すなわち、本発明による焼結硬質合金を被覆工
具の母材とした場合、主にタングステンが結合相
を構成しているため昇温時の塑性変形が少なく加
えて高強度であるため該母材の不具合によるコー
テイング層のハク離がないばかりでなく、従来、
鉄族金属を多く含有する超硬合金やサーメツトを
母材とし、これに被覆処理した場合、母材と被覆
層界面にη相などの脆弱な複炭化物相が形成さ
れ、刃先強度が弱くなる。これらの防止手段とし
て該母材の炭素量を多くして遊離炭素を析出させ
てη相の形成を抑制したり、母材表面層にコバル
トに富んだ層を形成させたりしていたが、前者に
おいては母材強度が低くなるし、後者の手法では
塑性変形がさらに大きくなるなどの不具合が、本
発明による焼結硬質合金を被覆工具の母材とすれ
ば、その結合相が主にタングステンであるため被
覆処理をおこなつても脆弱な複炭化物層がほとん
ど形成されず、したがつて強度低下の少ない被覆
工具の母材となる。 また、主に逃げ面摩耗を防ぐためにはTiCや
Al2O3、すくい面摩耗のような化学反応による摩
耗にはTiNやAl2O3がよいとされており切削条件
などによつて被覆層は選択されるが、上記した如
く複炭化物の形成の問題や該母材との接着強度の
問題から、従来は、いずれを被覆する場合でも最
内層にはTiCがコーテイングされ、その外側を所
望する層を形成する方法がとられたが、本発明に
よる母材は前記した如く複炭化物層が形成されな
いので所望する層を最内層に形成することができ
る。したがつて、主としてタングステンを結合相
としたこと自体でも充分なる耐摩耗性および高温
強度がすぐれていることから切削工具として用い
ることも可能であるが、これは逃げ面摩耗および
すくい面摩耗に対して効果をより発揮するもので
境界部の摩耗に問題を有し寿命となるが、この母
材にコーテイングすることにより境界摩耗が大巾
に改善され切削工具として広い範囲で用いること
が可能となつた。 なお、本発明による被覆工具の母材である焼結
硬質合金の構成成分である炭化チタンの80wt％
以下を4a.5a.6a族の炭化物の１種または２種以
上、あるいは窒化チタンの80wt％以下を4a.5a族
の窒化物の１種または２種以上と置換させても前
記同様の効果を有するものとなる。 以下実施例を述べる。 実施例 １ 原料粉末として市販の粒度が約0.6μの炭化タン
グステン粉および粒度１〜2μのＣ／Ｎ比の異な
るTiCN粉と粒度１〜2μのＷとTiの複炭窒化物粉
と粒度１〜5μの炭化タンタル．炭化ハフニウム．
（Ti.Ta）CN粉（TiC／TaN＝50／50）および粒
度１〜3μのコバルト．ニツケル粉を用いて表−
１の組成となるように配合して、通常の湿式ボー
ルミル混合し金型成して圧粉体をつくつた。該圧
粉体を1600℃×10-2mmHgで１時間保持して本発
明による硬質合金１〜12をつくつた。これによつ
て得た該合金の抗折力およびＸ線回折装置で相の
同定をおこない、タングステンの析出しているこ
とを確認し、Ｘ線分析装置付走査電顕（X.M.A）
で析出タングステン量を計算した。また、該合金
中のN2量も分析し、その結果も併せて表−１に
示した。ヴイツカース硬さは、いずれも1650Kg／
mm2以上、抗折力は110Kg／mm2以上で高硬度．高強
度であつた。
合金の母材とする焼結硬質合金に関するものであ
る。 近年、切削加工の高能率化が進み、工具材料な
ども高速切削や高送り切削に適するものが要求さ
れ、これらに対応してTiC基サーメツトやTiN基
サーメツトまたは酸化アルミ系セラミツクなどの
工具材料や硬物質体の表面にTiCまたはTiNある
いは酸化アルミニウムなどを単層または複層でコ
ーテイングした被覆工具などが供されている。 しかし、上記したTiC基サーメツトやTiN基サ
ーメツトまたは被覆工具の母材である硬物質体は
多くの鉄族金属を含有させ、これを結合相として
いるため、高速切削や高送り切削などの重切削に
おいて切刃が温度上昇した場合、前記サーメツト
や被覆工具の母材である硬物質体は塑性変形およ
び化学反応によつて短い寿命のものとなる。特に
被覆工具において、該工具の母材である硬物質体
の表面にいかに硬度または耐摩耗性の高い被覆層
を形成しても該硬物質体が上記のような不具合を
有するものであれば所期の性能を充分発揮するこ
とができない。 また、高温での塑性変形または化学反応の少な
い材料として酸化アルミニウムを主体としたセラ
ミツク工具も使用されているが、これは強度が低
く、加えて熱伝導が低いために熱的衝撃に弱いこ
となど信頼性に欠け、その使用範囲は限定され
る。 本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもの
で、被覆層を有する硬質合金工具の母材である硬
質合金の結合相をタングステンと少量の鉄族金属
で構成し、該母材の焼結性はもとより高温での塑
性変形または化学反応を防ぎ工具寿命を上昇させ
ると共に生産コストを低減せしめた高速切削や高
送り切削などの重切削に適する被覆硬質合金を提
供することを目的とするものである。 本発明は、重量比で炭化タングステン10〜95
％．炭化チタン２〜80％．窒化チタン２〜80％の
混合物または相互化合物とタングステンの金属相
が0.1〜10％存在し、鉄．コバルト．ニツケルの
鉄族金属の１種または２種以上を５％以下含有
し、かつ窒素が0.1〜15％含有した焼結硬質合金
を母材とし、該母材の表面の一部または全部に
TiC.TiN.TiCN.TiCNOおよびAl2O3の１種また
は２種以上を１〜20μ被覆した被覆硬質合金であ
る。 次に、上記被覆硬質合金の母材となる焼結硬質
合金について述べる。 炭化タングステン10〜95wt％と炭化チタン２
〜80wt％と窒素チタン２〜80wt％の混合物また
は相互化合物と鉄．ニツケル．コバルトなどの鉄
族金属を5wt％以下を含有する圧粉体を１〜10−
３mmHgの真空中で1300℃以上1800℃以下で加熱し
て窒化チタンの一部を脱窒させ、そしてTiN1-X
によつて炭化タングステンを脱炭させてタングス
テンを析出させ、このタングステンまたは該タン
グステンと少量の前記鉄族金属で、この焼結硬質
合金の結合相を構成せしめることによつて重切削
時において塑性変形または化学反応が少なく高強
度の該硬質合金が特殊な装置を必要とせずコスト
的に有利な在来の装置で得られる。 以下、上記焼結硬質合金の限定理由について述
べる。 炭化タングステンは、これが脱炭してタングス
テンを析出させるので不可欠であり、その含有量
は10wt％を下回ると所望のタングステンは析出
せず、したがつて該合金の所期の靭性を示さず、
被覆工具の母材として不適格なものとなるし、こ
れが95wt％を越えると、これに対応して窒化チ
タンの量不足をきたし、タングステンの析出が難
しく充分なる母材強度が得られない。 炭化チタンは、焼結中においてタングステンと
窒化チタンと反応してTiCNあるいは（W.Ti）
CNを形成して焼結を促進するが、その量が80wt
％を越えたり、2wt％を下回ると焼結性が悪くな
る。 また、窒化チタンは、これが脱窒して炭化タン
グステンの炭素と結合し、その結果タングステン
を析出させるものであるから、この合金中には不
可欠である。しかし、その量が2wt％を下回ると
タングステンを充分に析出させないし、80wt％
を越えると、これに対応して炭化タングステン量
が不足するので適当でない。 鉄．ニツケル．コバルトなどの鉄族金属は、こ
の合金の焼結性をあげるのと同時にタングステン
と共に結合相を構成して合金を強化するものであ
るが5wt％を越えると該母材合金の硬度が低下し
たり高温での塑性変形量が大きくなり所望する母
材が得られないので好ましくない。なお、この被
覆工具の母材において炭化タングステンおよび窒
化チタンの含有量がともに適当量でありタングス
テンの析出が充分おこなわれる組成域においては
該鉄族金属は含有させなくてもよいが炭化タング
ステンが80wt％を越えるような場合や15wt％以
下のようなタングステンの析出量が少ないときは
5wt％以下のものを含有させる。 また、窒素は、窒化物、炭窒化物として合金中
に存在するが、焼結中に脱窒せしめ、この合金中
に残存する窒素量の下限を0.1wt％とする。なお、
この値を下回ると合金の靭性が低下するし、
15wt％を越えると本発明による組成または焼結
条件ではタングステンの析出が僅少となり結合相
としては適当でなくなる。これらの理由について
はTiC基サーメツトよりもTiN基サーメツトの方
が靭性にすぐれているのと同様に窒化物の特性が
大きく影響しているものと推考する。 上記した焼結硬質合金を母材とし、これの表面
の一部または全部にTiC.TiN.TiCN.TiCNOまた
はAl2O3の単層または復層を層厚み１〜20μコー
テイングする方法は在来のCVD法またはPVD法
など任意な方法および手段をもちいておこなうこ
とにより高温特性にすぐれた長寿命で重切削に適
する被覆硬質合金工具が得られる。 すなわち、本発明による焼結硬質合金を被覆工
具の母材とした場合、主にタングステンが結合相
を構成しているため昇温時の塑性変形が少なく加
えて高強度であるため該母材の不具合によるコー
テイング層のハク離がないばかりでなく、従来、
鉄族金属を多く含有する超硬合金やサーメツトを
母材とし、これに被覆処理した場合、母材と被覆
層界面にη相などの脆弱な複炭化物相が形成さ
れ、刃先強度が弱くなる。これらの防止手段とし
て該母材の炭素量を多くして遊離炭素を析出させ
てη相の形成を抑制したり、母材表面層にコバル
トに富んだ層を形成させたりしていたが、前者に
おいては母材強度が低くなるし、後者の手法では
塑性変形がさらに大きくなるなどの不具合が、本
発明による焼結硬質合金を被覆工具の母材とすれ
ば、その結合相が主にタングステンであるため被
覆処理をおこなつても脆弱な複炭化物層がほとん
ど形成されず、したがつて強度低下の少ない被覆
工具の母材となる。 また、主に逃げ面摩耗を防ぐためにはTiCや
Al2O3、すくい面摩耗のような化学反応による摩
耗にはTiNやAl2O3がよいとされており切削条件
などによつて被覆層は選択されるが、上記した如
く複炭化物の形成の問題や該母材との接着強度の
問題から、従来は、いずれを被覆する場合でも最
内層にはTiCがコーテイングされ、その外側を所
望する層を形成する方法がとられたが、本発明に
よる母材は前記した如く複炭化物層が形成されな
いので所望する層を最内層に形成することができ
る。したがつて、主としてタングステンを結合相
としたこと自体でも充分なる耐摩耗性および高温
強度がすぐれていることから切削工具として用い
ることも可能であるが、これは逃げ面摩耗および
すくい面摩耗に対して効果をより発揮するもので
境界部の摩耗に問題を有し寿命となるが、この母
材にコーテイングすることにより境界摩耗が大巾
に改善され切削工具として広い範囲で用いること
が可能となつた。 なお、本発明による被覆工具の母材である焼結
硬質合金の構成成分である炭化チタンの80wt％
以下を4a.5a.6a族の炭化物の１種または２種以
上、あるいは窒化チタンの80wt％以下を4a.5a族
の窒化物の１種または２種以上と置換させても前
記同様の効果を有するものとなる。 以下実施例を述べる。 実施例 １ 原料粉末として市販の粒度が約0.6μの炭化タン
グステン粉および粒度１〜2μのＣ／Ｎ比の異な
るTiCN粉と粒度１〜2μのＷとTiの複炭窒化物粉
と粒度１〜5μの炭化タンタル．炭化ハフニウム．
（Ti.Ta）CN粉（TiC／TaN＝50／50）および粒
度１〜3μのコバルト．ニツケル粉を用いて表−
１の組成となるように配合して、通常の湿式ボー
ルミル混合し金型成して圧粉体をつくつた。該圧
粉体を1600℃×10-2mmHgで１時間保持して本発
明による硬質合金１〜12をつくつた。これによつ
て得た該合金の抗折力およびＸ線回折装置で相の
同定をおこない、タングステンの析出しているこ
とを確認し、Ｘ線分析装置付走査電顕（X.M.A）
で析出タングステン量を計算した。また、該合金
中のN2量も分析し、その結果も併せて表−１に
示した。ヴイツカース硬さは、いずれも1650Kg／
mm2以上、抗折力は110Kg／mm2以上で高硬度．高強
度であつた。
【表】
【表】
上記表−１の硬質合金に種々の被覆処理をおこ
ない、その抗折力を測定した。被覆層の厚みは断
面したものを研削して光学顕微鏡で調べ、その結
果を表−２に示した。なお、本試験の結果抗折力
は幾分低下するものゝ在来の超硬合金やサーメツ
トに比べ低化率はきわめて少ないものであつた。
ない、その抗折力を測定した。被覆層の厚みは断
面したものを研削して光学顕微鏡で調べ、その結
果を表−２に示した。なお、本試験の結果抗折力
は幾分低下するものゝ在来の超硬合金やサーメツ
トに比べ低化率はきわめて少ないものであつた。
【表】
実施例 ２
表−１中の本発明合金No.２（TiC＋Al2O3コー
ト）．同No.５（TiC＋Al2O3コート）．同No.８（TiC
コート）．同No.９（TiC＋Al2O3コート）．同No.11
（TiC＋TiCN＋TiCNO＋Al2O3コート）から
SNG432型のスローアウエイチツプを製作し、こ
れを被覆材S55C材を旋削試験した。その条件は、
切削速度Ｖ＝210ｍ／min.切込みｄ＝2.0mm．送り
ｆ＝0.18mm／ｒで10分切削後の逃げ面摩耗を調べ
た。なお、これと同時に比較試料として従来の超
硬合金にAl2O3を被覆したチツプ(A)とTiN含有サ
ーメツト(B)を同条件で試験した。以上の結果は表
−３に示した。
ト）．同No.５（TiC＋Al2O3コート）．同No.８（TiC
コート）．同No.９（TiC＋Al2O3コート）．同No.11
（TiC＋TiCN＋TiCNO＋Al2O3コート）から
SNG432型のスローアウエイチツプを製作し、こ
れを被覆材S55C材を旋削試験した。その条件は、
切削速度Ｖ＝210ｍ／min.切込みｄ＝2.0mm．送り
ｆ＝0.18mm／ｒで10分切削後の逃げ面摩耗を調べ
た。なお、これと同時に比較試料として従来の超
硬合金にAl2O3を被覆したチツプ(A)とTiN含有サ
ーメツト(B)を同条件で試験した。以上の結果は表
−３に示した。
【表】
【表】
上記表−３の如く本発明による被覆硬質合金は
工具としてすぐれていることは明らかである。
工具としてすぐれていることは明らかである。
Claims (1)
- １ 重量比で、炭化タングステン10〜95％・炭化
チタン２〜80％・窒化チタン２〜80％の混合物ま
たは相互化合物とタングステンの金属相が0.1〜
10％存在し、鉄．コバルト．ニツケルの鉄族金属
の１種または２種以上を５％以下含有し、かつ窒
素が0.1〜15％含有した焼結硬質合金を母材とし、
該母材の表面の一部または全部にTiC.TiN.
TiCN.TiCNOおよびAl2O3の１種または２種以
上を１〜20μ被覆したことを特徴とする被覆硬質
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229684A JPS60155674A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 被覆硬質合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229684A JPS60155674A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 被覆硬質合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60155674A JPS60155674A (ja) | 1985-08-15 |
| JPH0547632B2 true JPH0547632B2 (ja) | 1993-07-19 |
Family
ID=11801363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1229684A Granted JPS60155674A (ja) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | 被覆硬質合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60155674A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5098726B2 (ja) * | 2008-02-22 | 2012-12-12 | 日立ツール株式会社 | 被覆工具及び被覆工具の製造方法 |
-
1984
- 1984-01-25 JP JP1229684A patent/JPS60155674A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60155674A (ja) | 1985-08-15 |
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