JPH06330321A - 被覆硬質合金部材 - Google Patents
被覆硬質合金部材Info
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- JPH06330321A JPH06330321A JP5125823A JP12582393A JPH06330321A JP H06330321 A JPH06330321 A JP H06330321A JP 5125823 A JP5125823 A JP 5125823A JP 12582393 A JP12582393 A JP 12582393A JP H06330321 A JPH06330321 A JP H06330321A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超高速切削に適した切削工具用部材を提供す
ること。 【構成】 ＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭化物、窒
化物等からなる硬質相９５〜７０体積％とＮｉ、Ｃｒ、
Ｃｏ等からなる金属相５〜３０体積％からなる硬質部材
の表面に、ＩＶａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、酸窒化物、ホウ化物、ホウ窒化物、酸化物又
はＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層あるいは２種以上の複
層からなり、総膜厚が２０〜１０００μｍの被覆層が形
成されている被覆硬質合金部材。 【効果】 高い高温耐塑性変形性と耐摩耗性、耐欠損性
を有する切削工具に適した被覆硬質合金部材である。
ること。 【構成】 ＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭化物、窒
化物等からなる硬質相９５〜７０体積％とＮｉ、Ｃｒ、
Ｃｏ等からなる金属相５〜３０体積％からなる硬質部材
の表面に、ＩＶａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、
炭酸化物、酸窒化物、ホウ化物、ホウ窒化物、酸化物又
はＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層あるいは２種以上の複
層からなり、総膜厚が２０〜１０００μｍの被覆層が形
成されている被覆硬質合金部材。 【効果】 高い高温耐塑性変形性と耐摩耗性、耐欠損性
を有する切削工具に適した被覆硬質合金部材である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として切削加工に使
用する被覆硬質合金部材、さらに詳しくは切削温度が上
昇し易い高速、高効率の厳しい切削条件に耐える強度を
有する被覆硬質合金部材に関するものである。
用する被覆硬質合金部材、さらに詳しくは切削温度が上
昇し易い高速、高効率の厳しい切削条件に耐える強度を
有する被覆硬質合金部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】切削工具において切削中の工具刃先温度
は約８００℃以上にもなることが知られている。さら
に、近年はＮＣ工作機の普及、生産コストの低減努力、
労働時間短縮の流れから、単位時間当たりの生産性を高
めるため、鋼を従来（２００〜３００ｍ／ｍｉｎ）より
も高速（５００ｍ／ｍｉｎ以上の超高速）、高送りの条
件で切削できる切削工具の開発が自動車メーカーを中心
として要求されている。そのような切削条件では、工具
刃先温度は１２００℃を越え、鋼の融点近い温度になる
といわれており、工具材質にとっては非常に過酷な切削
条件となる。刃先温度が高くなれば切削工具の刃先は熱
による変形及び被削材との化学反応が促進され、逃げ面
摩耗及びクレーター摩耗が促進される。このような切削
による損傷の改善のために化学的蒸着法（ＣＶＤ）ある
いは物理蒸着法（ＰＶＤ）により各種硬質被覆層を皮膜
した被覆超硬合金が使用されており、これにより耐摩耗
性を向上させることが可能となっている。現在使用され
ている被覆超硬合金は、一般にＷＣやＴｉＣなどの高融
点化合物をＣｏやＮｉなどの鉄族金属で結合した超硬合
金上にＴｉＣやＡｌ2 Ｏ3 などを３〜１０μｍ、好まし
くは５〜８μｍ程度被覆したものである（鈴木寿著、超
硬合金と焼結硬質材料、ｐ２１１〜２１２、丸善）。こ
のような被覆超硬合金では、切削温度が１０００℃以上
の高温になると、母材中の結合金属であるＣｏやＮｉが
軟化して（ＷＣ−Ｃｏ超硬合金の場合結合金属の融点は
約１３００℃）塑性変形が起こるため切削工具として使
用に耐えず、これらの要求を満たすには現状の被覆超硬
合金では自ずから限界があった。
は約８００℃以上にもなることが知られている。さら
に、近年はＮＣ工作機の普及、生産コストの低減努力、
労働時間短縮の流れから、単位時間当たりの生産性を高
めるため、鋼を従来（２００〜３００ｍ／ｍｉｎ）より
も高速（５００ｍ／ｍｉｎ以上の超高速）、高送りの条
件で切削できる切削工具の開発が自動車メーカーを中心
として要求されている。そのような切削条件では、工具
刃先温度は１２００℃を越え、鋼の融点近い温度になる
といわれており、工具材質にとっては非常に過酷な切削
条件となる。刃先温度が高くなれば切削工具の刃先は熱
による変形及び被削材との化学反応が促進され、逃げ面
摩耗及びクレーター摩耗が促進される。このような切削
による損傷の改善のために化学的蒸着法（ＣＶＤ）ある
いは物理蒸着法（ＰＶＤ）により各種硬質被覆層を皮膜
した被覆超硬合金が使用されており、これにより耐摩耗
性を向上させることが可能となっている。現在使用され
ている被覆超硬合金は、一般にＷＣやＴｉＣなどの高融
点化合物をＣｏやＮｉなどの鉄族金属で結合した超硬合
金上にＴｉＣやＡｌ2 Ｏ3 などを３〜１０μｍ、好まし
くは５〜８μｍ程度被覆したものである（鈴木寿著、超
硬合金と焼結硬質材料、ｐ２１１〜２１２、丸善）。こ
のような被覆超硬合金では、切削温度が１０００℃以上
の高温になると、母材中の結合金属であるＣｏやＮｉが
軟化して（ＷＣ−Ｃｏ超硬合金の場合結合金属の融点は
約１３００℃）塑性変形が起こるため切削工具として使
用に耐えず、これらの要求を満たすには現状の被覆超硬
合金では自ずから限界があった。
【０００３】耐塑性変形性を向上させるため、ＣｏやＮ
ｉを結合相とする代わりにＷに代表される高融点金属を
結合金属とする提案もなされているが（米国特許第３６
９０９６２号）、焼結性が極めて悪く、機械的強度が著
しく劣るため実用化されていない。また結合相の融点を
向上させるため、結合金属をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒな
どの金属の組み合わせとし、いわゆる超耐熱合金の組成
とすることにより、耐塑性変形性の向上が期待される
が、本発明者らの試作の結果では、鋼との化学的親和性
が高いため、耐摩耗性が悪く実用に耐えるものは得られ
なかった。また、これらの硬質合金に５〜１０μｍ程度
の厚さでＴｉＣ、ＴｉＣＮ、Ａｌ 2 Ｏ3 などからなる多
層のコーティングを施して、耐摩耗性の向上を試みた
が、鋼を５００ｍ／ｍｉｎ程度の速度で切削すると、逃
げ面、すくい面ともに著しく摩耗が進展し、被覆の効果
は小さく、通常の超硬合金で切削したときと同様に短寿
命であった。
ｉを結合相とする代わりにＷに代表される高融点金属を
結合金属とする提案もなされているが（米国特許第３６
９０９６２号）、焼結性が極めて悪く、機械的強度が著
しく劣るため実用化されていない。また結合相の融点を
向上させるため、結合金属をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒな
どの金属の組み合わせとし、いわゆる超耐熱合金の組成
とすることにより、耐塑性変形性の向上が期待される
が、本発明者らの試作の結果では、鋼との化学的親和性
が高いため、耐摩耗性が悪く実用に耐えるものは得られ
なかった。また、これらの硬質合金に５〜１０μｍ程度
の厚さでＴｉＣ、ＴｉＣＮ、Ａｌ 2 Ｏ3 などからなる多
層のコーティングを施して、耐摩耗性の向上を試みた
が、鋼を５００ｍ／ｍｉｎ程度の速度で切削すると、逃
げ面、すくい面ともに著しく摩耗が進展し、被覆の効果
は小さく、通常の超硬合金で切削したときと同様に短寿
命であった。
【０００４】さらに、硬質合金にコーティングを行う
と、被覆膜の熱膨張係数が母材のそれより総じて大きく
なるため、コーティング完了後の被覆膜中には引張応力
が残留している場合が多く、コーティングすることによ
り耐欠損性が低下するといわれている。これに対し、被
覆工具において、表面にショットピーニングなどの方法
で機械的衝撃を与えることにより、被覆工具の靱性を向
上させた材料及び方法が提案されている（特開昭６４ー
３１９７２、特開平２ー２５４１４４、特開平３ー１５
３８７５の各号公報）。しかしながらこれらの方法で
は、被覆膜又は母材中に５０ｋｇ／ｍｍ2 （約０．５Ｇ
Ｐａ）以上の圧縮応力を導入しないと効果がないと考え
られており（特開昭６４ー３１９７２号公報）、また、
膜厚が２０μｍを超えるような厚膜には効果がないとい
われている（特開平３ー１５３８７５号公報）。
と、被覆膜の熱膨張係数が母材のそれより総じて大きく
なるため、コーティング完了後の被覆膜中には引張応力
が残留している場合が多く、コーティングすることによ
り耐欠損性が低下するといわれている。これに対し、被
覆工具において、表面にショットピーニングなどの方法
で機械的衝撃を与えることにより、被覆工具の靱性を向
上させた材料及び方法が提案されている（特開昭６４ー
３１９７２、特開平２ー２５４１４４、特開平３ー１５
３８７５の各号公報）。しかしながらこれらの方法で
は、被覆膜又は母材中に５０ｋｇ／ｍｍ2 （約０．５Ｇ
Ｐａ）以上の圧縮応力を導入しないと効果がないと考え
られており（特開昭６４ー３１９７２号公報）、また、
膜厚が２０μｍを超えるような厚膜には効果がないとい
われている（特開平３ー１５３８７５号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の被覆超硬合金では到達し得なかった高温耐塑性変形性
及び耐摩耗性を有する切削工具用に最適な被覆硬質合金
部材を提供することにある。
の被覆超硬合金では到達し得なかった高温耐塑性変形性
及び耐摩耗性を有する切削工具用に最適な被覆硬質合金
部材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、周期律表のＩ
Ｖａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、酸化物、酸窒化物、酸炭窒化物、ホウ化
物及びこれらの化合物の２種以上を含む固溶体のうちの
１種以上からなる硬質相９５〜７０体積％とＮｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、
Ｓｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｖ、Ｙ、Ｃのうちの１種
以上からなる金属相５〜３０体積％で構成される硬質部
材の表面に、周期律表のＩＶａ族金属の炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、ホウ化物、ホウ窒
化物、酸化物又はＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層あるい
は２種以上の複層からなり、総膜厚が２０〜１０００μ
ｍの被覆層が形成されていることを特徴とする被覆硬質
合金部材である。
Ｖａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸化物、酸化物、酸窒化物、酸炭窒化物、ホウ化
物及びこれらの化合物の２種以上を含む固溶体のうちの
１種以上からなる硬質相９５〜７０体積％とＮｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、
Ｓｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｖ、Ｙ、Ｃのうちの１種
以上からなる金属相５〜３０体積％で構成される硬質部
材の表面に、周期律表のＩＶａ族金属の炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、ホウ化物、ホウ窒
化物、酸化物又はＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層あるい
は２種以上の複層からなり、総膜厚が２０〜１０００μ
ｍの被覆層が形成されていることを特徴とする被覆硬質
合金部材である。
【０００７】本発明の被覆硬質合金部材の好ましい態様
として、被覆層がＡｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又はＺｒＯ2 の
層のうちの少なくとも１種類の層からなる１０〜８００
μｍの厚さの層を含む被覆硬質合金部材、あるいは硬質
部材が５〜３０体積％のＣｏと５体積％以下の周期律表
のＷを除くＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭化物、窒
化物、炭窒化物、酸化物及びホウ化物のうちの少なくと
も１種あるいはそれらの２種以上の固溶体とを含み、残
部がＷＣである被覆硬質合金部材がある。また、被覆層
中の残留応力が−０．２〜０．２ＧＰａの範囲にあるこ
と、母材の硬質相中の残留応力が−０．５〜０ＧＰａの
範囲にあること、さらに被覆層中のき裂間隔の平均値が
１５〜３０００μｍの範囲にあることなどが望ましい要
件である。
として、被覆層がＡｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又はＺｒＯ2 の
層のうちの少なくとも１種類の層からなる１０〜８００
μｍの厚さの層を含む被覆硬質合金部材、あるいは硬質
部材が５〜３０体積％のＣｏと５体積％以下の周期律表
のＷを除くＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭化物、窒
化物、炭窒化物、酸化物及びホウ化物のうちの少なくと
も１種あるいはそれらの２種以上の固溶体とを含み、残
部がＷＣである被覆硬質合金部材がある。また、被覆層
中の残留応力が−０．２〜０．２ＧＰａの範囲にあるこ
と、母材の硬質相中の残留応力が−０．５〜０ＧＰａの
範囲にあること、さらに被覆層中のき裂間隔の平均値が
１５〜３０００μｍの範囲にあることなどが望ましい要
件である。
【０００８】本発明の被覆硬質合金部材においては、母
材として周期律表のＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭
化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸化物、酸窒化
物、酸炭窒化物及びホウ化物のうちの少なくとも１種あ
るいはそれらの２種以上の固溶体からなる硬質相９５〜
７０体積％とＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａ
ｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｙ、Ｃのうちの１種以上からなる金属相５〜３０体
積％からなる硬質部材を使用する。
材として周期律表のＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ族元素の炭
化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸化物、酸窒化
物、酸炭窒化物及びホウ化物のうちの少なくとも１種あ
るいはそれらの２種以上の固溶体からなる硬質相９５〜
７０体積％とＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａ
ｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｙ、Ｃのうちの１種以上からなる金属相５〜３０体
積％からなる硬質部材を使用する。
【０００９】本発明において、このように広範囲の組成
の硬質部材を使用できるのは、本発明の被覆硬質合金部
材が従来の被覆硬質部材に比較して被覆膜の厚みを厚く
し、摩耗が進行しても母材が露出しないような膜厚とし
ているためである。すなわち、逃げ面平均摩耗の許容値
をＶＢとし、切削工具のすくい角をθとすると、母材が
露出しないようにするために必要な膜厚ｔは次の式で表
される。 ｔ＝ＶＢ×ｔａｎ（−θ） 切削工具の寿命は逃げ面平均摩耗量が０．２〜０．５ｍ
ｍになったときと判断され、最も一般的なすくい角であ
る−５°のとき、ｔの値は１７．５〜４３．８μｍとな
る。すなわち、約２０μｍ以上の膜厚を持つ被覆工具で
切削を行えば、膜のみでの切削が行えることになり、母
材の耐摩耗性に関係なく、耐塑性変形性、強度に優れた
合金であれば、鋼との化学反応を気にせずに母材として
利用できるのである。
の硬質部材を使用できるのは、本発明の被覆硬質合金部
材が従来の被覆硬質部材に比較して被覆膜の厚みを厚く
し、摩耗が進行しても母材が露出しないような膜厚とし
ているためである。すなわち、逃げ面平均摩耗の許容値
をＶＢとし、切削工具のすくい角をθとすると、母材が
露出しないようにするために必要な膜厚ｔは次の式で表
される。 ｔ＝ＶＢ×ｔａｎ（−θ） 切削工具の寿命は逃げ面平均摩耗量が０．２〜０．５ｍ
ｍになったときと判断され、最も一般的なすくい角であ
る−５°のとき、ｔの値は１７．５〜４３．８μｍとな
る。すなわち、約２０μｍ以上の膜厚を持つ被覆工具で
切削を行えば、膜のみでの切削が行えることになり、母
材の耐摩耗性に関係なく、耐塑性変形性、強度に優れた
合金であれば、鋼との化学反応を気にせずに母材として
利用できるのである。
【００１０】さらに、このような厚膜では、膜による断
熱効果があるので耐塑性変形性向上に効果があり、母材
に含まれる結合金属を３〜１０μｍ程度の薄膜を被覆し
たときに比べて多くすることができるため、靱性に優れ
た硬質合金を母材として使用することができる。例え
ば、いわゆるＫ種の超硬合金（不連続型切屑が出る鋳鉄
や非鉄金属の切削に使用される超硬合金でＴｉＣ、Ｎｂ
Ｃ、ＴａＣなどの耐クレーター摩耗抑制成分の含有量が
少なく、基本的にはＷＣ−Ｃｏ系合金に分類できる合
金）は強度が高く、熱伝導率が大きいため耐熱衝撃性に
優れ、高温硬度も高いが、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣなど
の耐クレーター摩耗抑制成分の含有量が少ないため、一
般に鋼切削用のコーティング母材としては使用されてい
ない。これは、従来の被覆工具が母材が露出したときの
耐摩耗性を考慮して、使用する母材を選んでいるためで
ある。これに対し本発明では、被覆膜のみでの切削を前
提としているため、従来使用されていなかった強度に優
れたＫ種の超硬合金を鋼の超高速切削用工具として使用
できるようになったのである。
熱効果があるので耐塑性変形性向上に効果があり、母材
に含まれる結合金属を３〜１０μｍ程度の薄膜を被覆し
たときに比べて多くすることができるため、靱性に優れ
た硬質合金を母材として使用することができる。例え
ば、いわゆるＫ種の超硬合金（不連続型切屑が出る鋳鉄
や非鉄金属の切削に使用される超硬合金でＴｉＣ、Ｎｂ
Ｃ、ＴａＣなどの耐クレーター摩耗抑制成分の含有量が
少なく、基本的にはＷＣ−Ｃｏ系合金に分類できる合
金）は強度が高く、熱伝導率が大きいため耐熱衝撃性に
優れ、高温硬度も高いが、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣなど
の耐クレーター摩耗抑制成分の含有量が少ないため、一
般に鋼切削用のコーティング母材としては使用されてい
ない。これは、従来の被覆工具が母材が露出したときの
耐摩耗性を考慮して、使用する母材を選んでいるためで
ある。これに対し本発明では、被覆膜のみでの切削を前
提としているため、従来使用されていなかった強度に優
れたＫ種の超硬合金を鋼の超高速切削用工具として使用
できるようになったのである。
【００１１】母材の硬質部材中の、硬質相を結合するた
めの金属相の割合は５〜３０体積％であるのが好まし
い。５体積％未満では強度及び靱性が不十分であるため
切削工具として機能せず、また、３０体積％を超えると
耐塑性変形性が低下するため好ましくない。
めの金属相の割合は５〜３０体積％であるのが好まし
い。５体積％未満では強度及び靱性が不十分であるため
切削工具として機能せず、また、３０体積％を超えると
耐塑性変形性が低下するため好ましくない。
【００１２】被覆膜の材質としては、周期律表のＩＶａ
族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化
物、ホウ化物、ホウ窒化物、酸化物又はＡｌ2 Ｏ3 が使
用でき、このうちの１種以上の単層あるいは２種以上の
複層の形で被覆する。中でも、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又
はＺｒＯ2 の膜は、本発明品の最大の目的である鋼の超
高速切削において、切削温度が１２００℃以上となって
も耐酸化性に優れるため耐摩耗性が良好で、さらに高温
での熱伝導率も表１に示すように小さいため、切削時の
断熱効果が期待でき、耐摩耗性、耐塑性変形性に優れた
被覆硬質合金部材を構成することができる好適な材料で
ある。
族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化
物、ホウ化物、ホウ窒化物、酸化物又はＡｌ2 Ｏ3 が使
用でき、このうちの１種以上の単層あるいは２種以上の
複層の形で被覆する。中でも、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又
はＺｒＯ2 の膜は、本発明品の最大の目的である鋼の超
高速切削において、切削温度が１２００℃以上となって
も耐酸化性に優れるため耐摩耗性が良好で、さらに高温
での熱伝導率も表１に示すように小さいため、切削時の
断熱効果が期待でき、耐摩耗性、耐塑性変形性に優れた
被覆硬質合金部材を構成することができる好適な材料で
ある。
【００１３】
【表１】
【００１４】被覆層の膜厚は２０〜１０００μｍ、好ま
しくは３０〜３００μｍとするのが好ましい。２０μｍ
未満では切削中に母材が露出し、本発明が狙いとする性
能を発揮できず、１００μｍを超えると耐欠損性が極端
に低下するためである。被覆層のうち、少なくとも１層
をＡｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又はＺｒＯ2 からなる層で形成
し、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又はＺｒＯ2 からなる層の総
膜厚を１０〜８００μｍ、好ましくは１０〜２５０μｍ
とすることにより、さらに良好な耐摩耗性の被覆硬質合
金部材とすることができる。１０μｍ未満では効果が小
さく、８００μｍを超えると耐欠損性が低下するので好
ましくない。被覆膜の製造方法としては、それ自体公知
の化学蒸着法、物理蒸着法、アルコキシド法、溶射法な
どが使用できる。
しくは３０〜３００μｍとするのが好ましい。２０μｍ
未満では切削中に母材が露出し、本発明が狙いとする性
能を発揮できず、１００μｍを超えると耐欠損性が極端
に低下するためである。被覆層のうち、少なくとも１層
をＡｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又はＺｒＯ2 からなる層で形成
し、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又はＺｒＯ2 からなる層の総
膜厚を１０〜８００μｍ、好ましくは１０〜２５０μｍ
とすることにより、さらに良好な耐摩耗性の被覆硬質合
金部材とすることができる。１０μｍ未満では効果が小
さく、８００μｍを超えると耐欠損性が低下するので好
ましくない。被覆膜の製造方法としては、それ自体公知
の化学蒸着法、物理蒸着法、アルコキシド法、溶射法な
どが使用できる。
【００１５】本発明の被覆硬質合金部材においては、前
記の被覆膜を形成後、衝撃処理などの方法により皮膜中
の残留応力を−０．２〜０．２ＧＰａの範囲とし、母材
の硬質相中の残留応力を−０．５〜０ＧＰａ、好ましく
は−０．４〜０ＧＰａの範囲とすると、鋼の超高速切削
で耐欠損性の向上に効果がある。膜中の残留応力が０．
２ＧＰａを超えると耐欠損性向上の効果が小さく、−
０．２ＧＰａ未満の残留応力を導入しようとすると、本
発明のような厚膜品では、膜の靱性が低いため、膜の破
壊や膜の剥離が生じ、耐摩耗性が低下するため好ましく
ない。また、母材中の残留応力が０ＧＰａを超えると耐
欠損性が低くなり、−０．５ＧＰａ未満の残留応力を導
入すると、導入過程で過大な衝撃力が膜に付加されるた
め、膜の局部的な破壊が生じるため、耐摩耗性が低下す
るので好ましくない。従来、耐欠損性の向上のためには
膜及び／又は母材中に約０．５ＧＰａ以上の圧縮応力を
導入しないと効果がないと考えられていたにもかかわら
ず、この程度の引張残留応力の低減、圧縮残留応力値で
効果があるのは、鋼の超高速切削では、従来の切削速度
で削るよりも切削抵抗が減少するため、大きな圧縮応力
を導入する必要がないためと考えられる。さらに、例え
０．５ＧＰａ以上の大きな圧縮応力を導入しても、鋼の
超高速切削では１２００℃以上の発熱があるため、圧縮
応力は切削開始と同時に急速にその効果を消失するため
と思われる。
記の被覆膜を形成後、衝撃処理などの方法により皮膜中
の残留応力を−０．２〜０．２ＧＰａの範囲とし、母材
の硬質相中の残留応力を−０．５〜０ＧＰａ、好ましく
は−０．４〜０ＧＰａの範囲とすると、鋼の超高速切削
で耐欠損性の向上に効果がある。膜中の残留応力が０．
２ＧＰａを超えると耐欠損性向上の効果が小さく、−
０．２ＧＰａ未満の残留応力を導入しようとすると、本
発明のような厚膜品では、膜の靱性が低いため、膜の破
壊や膜の剥離が生じ、耐摩耗性が低下するため好ましく
ない。また、母材中の残留応力が０ＧＰａを超えると耐
欠損性が低くなり、−０．５ＧＰａ未満の残留応力を導
入すると、導入過程で過大な衝撃力が膜に付加されるた
め、膜の局部的な破壊が生じるため、耐摩耗性が低下す
るので好ましくない。従来、耐欠損性の向上のためには
膜及び／又は母材中に約０．５ＧＰａ以上の圧縮応力を
導入しないと効果がないと考えられていたにもかかわら
ず、この程度の引張残留応力の低減、圧縮残留応力値で
効果があるのは、鋼の超高速切削では、従来の切削速度
で削るよりも切削抵抗が減少するため、大きな圧縮応力
を導入する必要がないためと考えられる。さらに、例え
０．５ＧＰａ以上の大きな圧縮応力を導入しても、鋼の
超高速切削では１２００℃以上の発熱があるため、圧縮
応力は切削開始と同時に急速にその効果を消失するため
と思われる。
【００１６】また、驚くべきことに、従来考えられなか
ったような厚膜被覆品であるにもかかわらず引張残留応
力の解放には、ショットピーニングのほか、ショットブ
ラストなどの機械的衝撃を与える方法、加熱冷却などの
熱的衝撃を与える方法、音波による方法なども効果があ
る。例えばショットブラスト処理の場合、被覆超硬合金
部材の表面に粒径１０〜３０００μｍの金属製、ガラス
製又はセラミック製のショットを投射速度１４０〜５０
０ｍ／ｓｅｃの条件で処理を行うのが好適である。さら
に、被覆層中のき裂間隔の平均値は１５〜３０００μｍ
とするのが好ましい。１５μｍ未満では膜の微小剥離が
発生しやすくなり、耐摩耗性が低下し、３０００μｍを
超えると耐欠損性の低下が著しくなるためである。な
お、ここでいうき裂とは膜の表面から母材まで到達して
いるき裂のことを指す。
ったような厚膜被覆品であるにもかかわらず引張残留応
力の解放には、ショットピーニングのほか、ショットブ
ラストなどの機械的衝撃を与える方法、加熱冷却などの
熱的衝撃を与える方法、音波による方法なども効果があ
る。例えばショットブラスト処理の場合、被覆超硬合金
部材の表面に粒径１０〜３０００μｍの金属製、ガラス
製又はセラミック製のショットを投射速度１４０〜５０
０ｍ／ｓｅｃの条件で処理を行うのが好適である。さら
に、被覆層中のき裂間隔の平均値は１５〜３０００μｍ
とするのが好ましい。１５μｍ未満では膜の微小剥離が
発生しやすくなり、耐摩耗性が低下し、３０００μｍを
超えると耐欠損性の低下が著しくなるためである。な
お、ここでいうき裂とは膜の表面から母材まで到達して
いるき裂のことを指す。
【００１７】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。 （実施例１）表２に示す組成の硬質相と、表３に示す組
成の結合相成分の組み合わせからなる硬質部材の表面に
表４の組成の被覆膜をコーティングした１７種類の被覆
硬質合金部材の試料を調製した（試料Ｎｏ．１〜１
７）。硬質部材の製造方法としては通常の粉末冶金プロ
セスを使用し、被覆方法としては、通常の化学蒸着法、
物理蒸着法及び溶射法の組み合わせとした。物理蒸着法
は試料Ｎｏ．６、７、９、１０の皮膜の最内層の製造
に、溶射法は試料Ｎｏ．１５、１６、１７のＡｌ
2 Ｏ 3 、ＺｒＯ2 膜の製造に用いた。このようにして調
製した試料を用いて、下記の条件で切削時の耐摩耗性テ
スト及び耐欠損性テストを行った（切削工具型番：SNMG
433EMU）。これらのテスト結果を表４に示す（寿命時間
は３回の切削の平均値）。
明する。 （実施例１）表２に示す組成の硬質相と、表３に示す組
成の結合相成分の組み合わせからなる硬質部材の表面に
表４の組成の被覆膜をコーティングした１７種類の被覆
硬質合金部材の試料を調製した（試料Ｎｏ．１〜１
７）。硬質部材の製造方法としては通常の粉末冶金プロ
セスを使用し、被覆方法としては、通常の化学蒸着法、
物理蒸着法及び溶射法の組み合わせとした。物理蒸着法
は試料Ｎｏ．６、７、９、１０の皮膜の最内層の製造
に、溶射法は試料Ｎｏ．１５、１６、１７のＡｌ
2 Ｏ 3 、ＺｒＯ2 膜の製造に用いた。このようにして調
製した試料を用いて、下記の条件で切削時の耐摩耗性テ
スト及び耐欠損性テストを行った（切削工具型番：SNMG
433EMU）。これらのテスト結果を表４に示す（寿命時間
は３回の切削の平均値）。
【００１８】表４の結果から硬質部材の組成及び被覆層
の総膜厚を好ましい範囲とした試料（試料Ｎｏ．１、
２、３、４、６、９、１０、１１、１２、１４、１５、
１６）は他の試料（試料Ｎｏ．５、７、８、１３、１
７）と比較して超高速切削時の耐摩耗性及び耐欠損性が
ともに優れていることがわかる。特に、き裂の平均間隔
を１５〜３０００μｍの範囲内とした試料（試料Ｎｏ．
１、２、３、６、９、１０、１１、１２、１４、１５）
は耐摩耗性及び耐欠損性のバランスが特に優れているこ
とがわかる。
の総膜厚を好ましい範囲とした試料（試料Ｎｏ．１、
２、３、４、６、９、１０、１１、１２、１４、１５、
１６）は他の試料（試料Ｎｏ．５、７、８、１３、１
７）と比較して超高速切削時の耐摩耗性及び耐欠損性が
ともに優れていることがわかる。特に、き裂の平均間隔
を１５〜３０００μｍの範囲内とした試料（試料Ｎｏ．
１、２、３、６、９、１０、１１、１２、１４、１５）
は耐摩耗性及び耐欠損性のバランスが特に優れているこ
とがわかる。
【００１９】耐摩耗性テスト 切削速度 ７００ｍ／ｍｉｎ 被削材 ＳＣＭ４３５ 送り ０．８ｍｍ／ｒｅｖ 切込み １．５ｍｍ 切削時間 ５ｍｉｎ 耐欠損性テスト 切削速度 ５００ｍ／ｍｉｎ 被削材 ＳＣＭ４３５ ４溝材 送り ０．４ｍｍ／ｒｅｖ 切込み １．５ｍｍ 切削時間 欠けるまで
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】（実施例２）実施例１で用いた試料Ｎｏ．
１のチップの皮膜中の引張強残留応力を段階的に解放し
たチップを作製し、実施例１に示した条件で耐摩耗性テ
スト及び耐欠損性テストを行った。結果を表５に記載す
る。ここで、残留応力の解放手段としては、直径３００
μｍの鋼球を投射速度１４０ｍ／ｓｅｃでショットブラ
ストすることによって行い、残留応力の測定はＣｕーＫ
α、ＦｅーＫα、ＣｒーＫα、ＶーＫαなどの特性Ｘ線
を用いて、Ｓｉｎ2 ψ法（並傾法）により測定した。母
材及び母材界面部の膜中の残留応力については、３００
０番のダイヤモンドペーストによりラッピング処理を行
いながら、追い込み処理を行って同様に測定した。ま
た、き裂の平均間隔は、膜の断面を埋め込み後、ラッピ
ングを行い、５００倍の光学顕微鏡で観察し、き裂２０
本の平均間隔により求めた。表５の結果から、ブラスト
処理により残留応力を−０．２〜２．０ＧＰａの範囲に
解放した試料（試料記号Ｃ、Ｄ、Ｅ）は、その範囲外の
残留応力を有する試料（試料記号Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｇ）と比
較して超高速切削時の耐摩耗性及び耐欠損性がともに優
れていることがわかる。
１のチップの皮膜中の引張強残留応力を段階的に解放し
たチップを作製し、実施例１に示した条件で耐摩耗性テ
スト及び耐欠損性テストを行った。結果を表５に記載す
る。ここで、残留応力の解放手段としては、直径３００
μｍの鋼球を投射速度１４０ｍ／ｓｅｃでショットブラ
ストすることによって行い、残留応力の測定はＣｕーＫ
α、ＦｅーＫα、ＣｒーＫα、ＶーＫαなどの特性Ｘ線
を用いて、Ｓｉｎ2 ψ法（並傾法）により測定した。母
材及び母材界面部の膜中の残留応力については、３００
０番のダイヤモンドペーストによりラッピング処理を行
いながら、追い込み処理を行って同様に測定した。ま
た、き裂の平均間隔は、膜の断面を埋め込み後、ラッピ
ングを行い、５００倍の光学顕微鏡で観察し、き裂２０
本の平均間隔により求めた。表５の結果から、ブラスト
処理により残留応力を−０．２〜２．０ＧＰａの範囲に
解放した試料（試料記号Ｃ、Ｄ、Ｅ）は、その範囲外の
残留応力を有する試料（試料記号Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｇ）と比
較して超高速切削時の耐摩耗性及び耐欠損性がともに優
れていることがわかる。
【００２４】
【表５】
【００２５】
【発明の効果】本発明の被覆硬質合金部材は、従来の被
覆硬質合金部材の欠点である超高速切削時の耐摩耗性及
び耐欠損性を改善したもので、切削工具として使用する
と特に超高速切削加工において優れた性能を発揮する。
また、ダイスなどの塑性加工用工具や耐摩耗部品として
も優れた特性を発揮し、産業上の効果は極めて顕著なも
のがある。
覆硬質合金部材の欠点である超高速切削時の耐摩耗性及
び耐欠損性を改善したもので、切削工具として使用する
と特に超高速切削加工において優れた性能を発揮する。
また、ダイスなどの塑性加工用工具や耐摩耗部品として
も優れた特性を発揮し、産業上の効果は極めて顕著なも
のがある。
【図１】実施例１及び２で耐欠損性の評価に用いた４溝
材の形状を表す断面図。
材の形状を表す断面図。
Claims (6)
- 【請求項１】 周期律表のＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ族元
素の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸化物、酸
窒化物、酸炭窒化物、ホウ化物及びこれらの化合物の２
種以上を含む固溶体のうちの１種以上からなる硬質相９
５〜７０体積％とＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｙ、Ｃのうちの１種以上からなる金属相５〜３
０体積％で構成される硬質部材の表面に、周期律表のＩ
Ｖａ族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸
窒化物、ホウ化物、ホウ窒化物、酸化物又はＡｌ2 Ｏ3
のうちの１種の単層あるいは２種以上の複層からなり、
総膜厚が２０〜１０００μｍの被覆層が形成されている
ことを特徴とする被覆硬質合金部材。 - 【請求項２】 被覆層中の残留応力が−０．２〜０．２
ＧＰａの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の
被覆硬質合金部材。 - 【請求項３】 母材中の硬質相の残留応力が−０．５〜
０ＧＰａの範囲であることを特徴とする請求項１又は２
に記載の被覆硬質合金部材。 - 【請求項４】 被覆層がＡｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 又はＺｒ
Ｏ2 の層のうちの少なくとも１種類の層からなる１０〜
８００μｍの厚さの層を含むことを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の被覆硬質合金部材。 - 【請求項５】 硬質部材が５〜３０体積％のＣｏと５体
積％以下の周期律表のＷを除くＩＶａ、Ｖａ又はＶＩａ
族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物及びホウ化
物のうちの少なくとも１種あるいはそれらの２種以上の
固溶体とを含み、残部がＷＣであることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれかに記載の被覆硬質合金部材。 - 【請求項６】 被覆層中のき裂間隔の平均値が１５〜３
０００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれかに記載の被覆硬質合金部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12582393A JP3424263B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 被覆硬質合金部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12582393A JP3424263B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 被覆硬質合金部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06330321A true JPH06330321A (ja) | 1994-11-29 |
| JP3424263B2 JP3424263B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=14919828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12582393A Expired - Fee Related JP3424263B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 被覆硬質合金部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3424263B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10258282A1 (de) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Walter Ag | CVD-Beschichtungsverfarhen für ZrBx CyNz-Schichten (x+y+z = 1) sowie beschichtetes Schneidwerkzeug |
| JP2006502015A (ja) * | 2002-10-07 | 2006-01-19 | ケンナメタル ヴィディア ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | 複合材料 |
| JP2006102937A (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサートで金属の被加工物を機械加工する方法及び被覆切削工具インサート |
| JP2006231512A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサート |
| JP2008137057A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Mishima Kosan Co Ltd | 連続鋳造用鋳型 |
| US8318293B2 (en) | 2005-06-17 | 2012-11-27 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool insert |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7791317B2 (ja) * | 2022-05-27 | 2025-12-23 | 京セラ株式会社 | 被覆工具および切削工具 |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP12582393A patent/JP3424263B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006502015A (ja) * | 2002-10-07 | 2006-01-19 | ケンナメタル ヴィディア ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | 複合材料 |
| JP4761291B2 (ja) * | 2002-10-07 | 2011-08-31 | ケンナメタル ヴィディア プロドゥクツィオンス ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | 切断工具の耐摩耗性複合セラミック被膜 |
| DE10258282A1 (de) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Walter Ag | CVD-Beschichtungsverfarhen für ZrBx CyNz-Schichten (x+y+z = 1) sowie beschichtetes Schneidwerkzeug |
| JP2006102937A (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサートで金属の被加工物を機械加工する方法及び被覆切削工具インサート |
| JP2006231512A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Sandvik Intellectual Property Ab | 被覆切削工具インサート |
| US8318293B2 (en) | 2005-06-17 | 2012-11-27 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool insert |
| JP2008137057A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Mishima Kosan Co Ltd | 連続鋳造用鋳型 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3424263B2 (ja) | 2003-07-07 |
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