JPH06501888A - Ｃｖｄ及ｐｖｄによりコートされた切削工具 - Google Patents

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】 −ｑ■片及−ＰＶＤξ遂己しツニトされな割１し昨λｌに１浜 本願発明はコートされた切削工具の分野に関する。

今迄は浸炭されたカーバイド切削工具が金属及び合金の機械加工のためにコート された状態及びコートされない状態の両方の状態で使用されて来た。タングステ ンカーバイド−コバルトの浸炭されたカーバイドの母材に１層又は複数層の耐熱 性材料のコーティングを行うことは耐摩耗性を改良し浸炭されたカーバイドの切 削工具の応用範囲を拡げるために用いられて来た。、今迄はＴｊＣ，Ｔ１ＣＮ、 ＴｉＮ。

及びＡｇｏ、のような耐熱性コーティングがＣＶＤ　（化学蒸着）技術によって 施行された。更にＴｉＮコーティングがＰＶＤ　（物理蒸着）技術によって施行 された。このような浸炭されたカーバイト母材の上に沈着されたＣＶＤコーティ ングは熱によるクラックと残留引張り応力によって特徴づけられる。Ｐ　Ｖ　Ｄ 　ＴｉＮコーティングは密度の高い熱によるクラッタのない、孔のない構造によ って特徴づけられ残留圧縮応力をもつ。

ＣＶＤコーティングを浸炭されたカーバイド母材に施行することはインサートの 横方向の破壊強度を減少させる結果となり従って使用中の欠は及び破損のより大 きい故障発生度を生む。

光１μ〜既潰− 申請者は、ＣＶＤでコーティングされた浸炭されたカーバイドの横方向の破壊強 度はＣＶＤでコートされた母材にＤＶＣ層を施行することによって改善される。

前述した改善を与えるためにはＰＶＤコーティングは残留圧縮応力を含まなけれ ばならないと信じられている。

従って本願発明によって１層又は複数のＣＶＤ層と１層又は複数のＰＶＤ層でコ ートされた母材をもつ改良された切削工具が与えられる。ＣＶＤ及びＰＶＤ層の 中の最も外側の層は好ましくは残留圧縮応力をもつＰＶＤ層である。

母材は好ましくは金属の（例えばコバルト）バインダー材によって接着された耐 熱性の硬い粒子（例えばＷＣ）をもつ複合材である。

こられ及び其の他の本発明の様相は以下に簡単に記述された図面に関連して詳細 な仕様を検討することによってより明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明 図面は本願発明による切削工具の実施例の等角図を示す。

本日の　な　日 本願発明に従って、図面はレーキ面１４とフランク面１６の接合点に切削刃１２ をもつ割出し可能な切削インサート１０の好ましい実施例を示す。図に示された 切削インサート１０は、切削刃の状態が鋭いか又は好ましくはホーニングされて いるＳ　Ｐ　Ｇ　Ｎ　−４３３（ＡＮＳＩ　Ｂ２１２．４−１９８６）である。

好ましい実施例において、この母材は少なくとも７０重量パーセントのＷＣより 好ましくは少なくとも８０重量パーセントのＷＣを含むＷＣベースの浸炭された カーバイドの母材である。バインダーは好ましくはコバルト又はコバルト合金で 好ましくは５から１５重量パーセントの大部分の濃度を有する。より好ましくは コバルト含有量は約７から約１３重量パーセントで最も好ましくは約８から１２ 重量パーセントである。この母材は、好ましくはＴｉ、Ｎｂ及びＴａ単独又は互 いの組合わせから選ばれたＴ土、Ｈｆ、　Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖのような固溶体 カーバイト形成要素を含むことが好ましい５これらの要素は好ましくは１つの要 素１合金、カーバイド、窒化物又は炭窒化物として混合物に加えられる。好まし くはこれらの要素の濃度は次の通るである：Ｔａ　○−１２Ｗ１０　；　Ｔｉ　 Ｏ１０Ｗ１０及びＮｂ０−６Ｗ１０、より好ましくはＴａとＮｂの和は約３から ７Ｗ１０の間であり且つチタニウムの含有量は約０．５から１０Ｗ１０の間であ る３最も好ましくは、チタニウムの含有量は約１．５から４Ｗ１０である。

これらの要素は母材の中でＷＣと固溶体カーバイドを形成スル・クロムは又、好 ましくはＣｒ、Ｃ２として小量前えられでもよい。

硬質の耐熱性コーティングが母材に接着され、このコーティングは少なくとも２ 層、ＣＶＤ層をもち、最後の２７９層は好ましくは最後のＣＶＤ層の外側にある 。本申請者は、ＰＶＤ層が圧縮残留応力を持っているときＣＶＤコートされたも のの横方向の破壊強度は改善されることを発見した。

好ましい実施例において、内側のＣＶＤ層はこの好ましくはＴｉ、Ｚｒ又はＨｆ 窒化物のような耐熱性窒化物である。

窒化物は、母材に隣接する内部層には浸炭されたタングステンカーバイドベース の母材の周辺境界面においてイータ相（Ｃｏ、Ｗ、Ｃ及び／又はＣｏ、Ｗ、、Ｃ ）の形成を最小にするために耐熱性カーバイド又は炭窒化物よりも好まれる。イ ータ相はかたくもろい相で切削刃をより欠は易くする。コーティングの中の第２ の層は好ましくはＴｉ、Ｚｒ又はＨｆの炭窒化物又はカーバイドのようなＣＶＤ の耐熱性の炭窒化物又はカーバイドである。何故ならばそれらの窒化物に比較し てＴｉ、Ｚｒ及びＨｆのカーバイド及び炭窒化物の硬度及び耐摩耗抵抗がより高 いからである。ＣＶＤの第２の層及び何故かの追加のＣＶＤ層は例えばアルミナ を単一の層として。

又はＴｉ、Ｈｆ又はＺｒ好ましくはＴｉの窒化物、炭窒化物又はカーバイドのよ うなもう１つの耐熱性材料の層によって互いに分離された複数の層として含んで いる。

ＡＱＯ３のＣＶＤ層を外のＰＶＤ層の次にもっことがのぞまれるところではＡＩ Ｏ，とＰＶＤ／Ｗとの間の接着強度を改善するために、Ｔｉ、Ｈｆ又はＺｒのＣ ＶＤ窒化物、炭窒化物又はか−バイト層がアルミナのＣＶＤ層とＰＶＤ層の間に 沈着されることが好ましい。

最終の且つ最も外側のコーティング層はＴｉ、Ｚｒ又はＨｆの窒化物又は炭窒化 物のような硬質のｍ熱性ＰＶＤ／ｌである。この最も外側の層は残留圧縮応力に よって特徴づけられている。

本願発明は更に次の実例によって例示されているがこれは単に例示のために与え られているものでこれのみに制限されるものではない。

浸炭されたカーバイド母材の横方向の破壊強度についてのコーティングの効果は 次のコーティングを通常のＷｃ−６重量パーセントのコバルト−０，５重量パー セントのＣｒ、Ｃ２の浸炭されたカーバイト母材にコートすることによって実証 された。

コーティング １、　ＣＶＤ　（ＴｉＮ　（ｌ　μ　ｍ）　／ＴｉＣＮ（３μ　ｒｎ　ン／Ｔｉ Ｎ（４μ　ｍ））２、ＣＶＤ　（ＴｉＮ　（１μｍ　）　／ＴｉＣＮ（３μｍ） ３／ＰＶＤ　ＴｉＮ（（４μｍ）３、ＰＶＤ　ＴｉＮ（８μｍ　） ＣＶＤのコーティングは通常のＣＶＤ技術で約９５０℃から約１０００℃におい てコートされた。ＰＶＤコーティングはパルツアーのＢＡＩ−８３０（／＜ルツ アー株式会社リヒテンシュタイン）のイオンブレーティングＰＶＤコーテンイグ 装置で約５００℃においてチタニウム源と窒素の雰囲気を用いて（米国特許Ｎｏ 、４，４４８．８０２参照）行われた。

コーティングの最初の段階で一般的に行われているように、（高度の分解のＴ　 Ｅ　Ｍによって探知することができる）チタニウムの非常に薄い層が、これとＰ ＶＤ−ＴｉＮ層との間の接着を改良するためＣＶ　Ｄ　Ｔ　ｉ　ＣＮ層の上に沈 着された。この技術により作られたＰＶＤ層は圧縮残留応力を持っている。

横方向破壊バーの横方向破壊強度が、上記のようにコートされた場合とコートさ れない状態の場合について、ＡＳＴＭ規格Ｂ４Ｏ６の横方向破壊テスト手ｊ頃を 用いて計測された。横方向破壊強度データは下記表１にあらえられてい表１ 平均　標準 述盈■と］　社」亙ａ コートさらないもの　５５９’　２７ コーテイング１　（ＣＶＤ）　１９３　１２コーテイング２　（ＣＶＤ＋ＰＶＤ ）　２８１　１１コーテイング３　（ＰＶＤ）　５６６　５８実例によって示さ れているように浸炭されたカーバイド母材にＣＶＤ層をコートすることにより横 方向破壊強度は大巾に減少する結果となる。この減少は以下の原因によるものと 信じられる。即ち（ａ）ＣＶＤ蒸着温度（９５０℃−１０００℃）の高温焼鈍効 果で、これは浸炭されたカーバイト母材のグラインディングのために表面の有益 な圧縮残留応力を減少させる；及び（ｂ）コーテングと浸炭されたカーバイド母 材の間の熱膨張のずれによって起される熱によるクランクと残留引張り応力の存 在とである。

ＰＶＤ　ＴｉＮのＣＶ　Ｄ　Ｅ　ＴｉＮ層　ＴｉＣＮ）　ｔ７）上ヘノ蒸着は、 ＣＶＤコーティングのみで観測されるＴＲ５における損失を部分的に回復する。

このＴＲ５における（約４５パーセントの）改善は外側のＰＶＣＴｉＮ層の中に 圧縮残留応力が存在し、熱によるクランクがない二とに起因するものと信じられ る。

従ってこの結果ＰＶＤのみのコーティングは横方向破壊性能を減少させる筈はな い。このことはコーティング３でコートされたサンプルの結果によって示されて いる。

上記の結果に鑑みて、ＣＶＤ及びＰＶＤコーティングの組合わせが、材料の全体 の特性と性能の改善のために色々な浸炭されたカーバイド母材に適用され得ると 本申請人は信する。

本願発明は母材のコバルト含有量が７から１３重量バーセンであるところで、よ り好ましくは８からＸ２重量パーセントのところで最も有利に用いられることが 企画されたいる。本願発明が適用される母材の特定の実例は次の通りである。

母材　１　１１．５Ｗ１０　Ｃｏ　、　２．５Ｗ１０　Ｔａ（Ｎｂ）Ｃ。

８６Ｗ１０　ＷＣ−８９，１３ＲＡ　、　Ｈｅ　１６００ｅ　、　Ａ及び／又は Ｂ多孔性 母材　２　６．０Ｗ１０　Ｃｏ　、　０．５Ｗ１０　Ｃｒ３Ｃ２，９３，５Ｗ／ 。

ＷＣ−９３ＲＡ　、Ｈｃ　３０００ｅ　、　Ａ及び／又はＢ多孔性 （表１の実例に用いられた） 母材　３　９．７５Ｗ１０　Ｃｏ　、　９０．２５Ｗ１０　ＷＣ−９１Ｒ，Ａ　 。

Ｈｃ　２０００ｅ、　Ａ及び／又はＢ多孔性母材　４　１０Ｗ１０　Ｃｏ　、　 ９０Ｗ１０　ＷＣ−８９ＲＡ　。

Ｈｃ　１２００ｅ　、Ａ及び／又はＢ多孔性母材　５　１０．５Ｗ１０　Ｃｏ　 、　ｌ０Ｗ１０　Ｔａ　（Ｎｂ）　Ｃ。

７Ｗ１０　ＴｉＣ、７２，５Ｗ１０　ＷＣ−９１，４ＲＡ　。

１（ｃ１８００ｅ　、　Ａ及び／又はＢ多孔性母材　６　ｌ５Ｗ１０　Ｃｏ　、 　ＩＩＷｌｏ　Ｔａ　（Ｎｂ）　Ｃ。

７．３Ｗ１０　ＴｉＣ、７３Ｗ１０　ＷＣ−９１，２ＲＡ　。

Ｈｃ１４００ｅ、　Ａ及び／又はＢ多孔性氷原発明のＣＶＤ及びＰＶＤコートさ れたバインダーを豊富にされた母材及び他の実施例は、″バインダーを豊富にさ れたＣＶＤ及びＰＶＤコートされた切削工具″と題する２本願発明と同じ日に提 出された共にベンディングの米国特許申請Ｎｏ、　−（ケンナメタル案件Ｎｏ、 　Ｋ　−１０４９）に記載されている。

この共にベンディングな申請はこれらの切削インサートの鋼の平削りへの適用に ついて記載し、その中に記載されたきびしい平削りへの適用において、バインダ ーを豊富にされた品位が豊富でない品位に対してすぐれていることを示している 。本願申請者はそれ程きびしくない平削りと旋盤への適用のためには１本願申請 に記述されたように豊富でない母材にＣＶＤ＋ＰＶＤコーティングを行うことが 改善された欠けに対する抵抗を得るのに十分であろうと信する。

ここに参照された凡ての申請書、特許及び他の文献はここに参考とじて組入れら 九る。

本発明の他の実施例はこの明細書又はここに開示された本発明の実際を考慮すれ ば当業者には明らかとなろう。これらの仕様及び実例は単に実例として考えられ 、本発明の真の範囲及び精神は次の請求の範囲によって示されることが意図され ている。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条″８）　ｍ 平成５年３月９日

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．レーキ面とフランク面とを有し；当該レーキ面と当該フランク面との接合点 的切削刃を有する切削工具的おいて； 当該切削工具はコーティングと母材とを有し、当該コーティングは当該母材に接 着されており；当該母材はバインダー材によって一緒に接着された硬質の耐熱性 粒子をもつ複合物であり； 当該コーティングはいくつかの層をもち；当該層は化学蒸着層と物理蒸着層とを 含み、ここにおいて当該物理蒸着層は残留圧縮応力の状態にあることを特徴とす る切削工具。
2. ２．請求項１の切削工具において、当該化学蒸着層はＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，これら 相互の合金及び他の要素との合金を含むグループから選ばれた硬質窒化物より成 る層を含むことを特徴とする切削工具。
3. ３．請求項２の切削工具において、硬質の窒化物層は当該母材に隣接しているこ とを特徴とする切削工具。
4. ４．請求項１の切削工具的おいて、当該化学蒸着層は、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，及び これら相互の合金及び他の要素との合金の炭窒化物より成るグループから選ばれ た硬質炭窒化物より成る層を含むことを特徴とする切削工具。
5. ５．請求項３の切削工具において、当該化学蒸着層は更にＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，及 これら相互の合金及び他の要素との合金の炭窒化物より成るグループから選ばれ た硬質炭窒化物より成る層を含むことを特徴とする切削工具。
6. ６．請求項１の切削工具において、当該物理蒸着層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，これ ら相互の合金及び他の要素との合金の窒化物及び炭窒化物より成るグループから 選ばれていることを特徴とする切削工具。
7. ７．請求項２の切削工具において、当該物理蒸着層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，これ ら相互の合金及び要素との合金の窒化物及び炭窒化物より成るグループから選ば れていることを特徴とする切削工具。
8. ８．請求項３の切削工具的おいて、当該物理蒸着層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，これ ら相互の合金及び要素との合金の窒化物及び炭窒化物より成るグループから選ば れていることを特徴とする切削工具。
9. ９．請求項４の切削工具において、当該物理蒸着層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，これ ら相互の合金及び要素との合金の窒化物及び炭窒化物より成るグループから選ば れていることを特徴とする切削工具。
10. １０．請求項５の切削工具的おいて、当該物理蒸着層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，こ れら相互の合金及び要素との合金の窒化物及び炭窒化物より成るグループから選 ばれていることを特徴とする切削工具。
11. １１．レーキ面とフランク面を含み； 当該レーキ面と当該フランク面の接合点的切削刃を含む切削工具的おいて； 当該切削工具はコーティングと母材を有し；ここにおいて当該母材はタングステ ンカーバイドベースの浸炭されたカーバイドで大部分の組成は；０−１２重量パ ーセントＴａ； ０−６重量パーセントＮｂ； ０−１０重量パーセントＴｉ； ５−１５重量パーセントＣｏであり； 当該コーティングはいくつかの層を有し；当該層は少なくとも１層の化学蒸着層 と少なくとも１層の物理蒸着層を含み； ここにおいて当該物理蒸着層は残留圧縮応力の状態にあることを特徴とする切削 工具。
12. １２．請求項１１の切削工具において、コバルトは８から１３重量パーセントの 水準で存在していることを特徴とする切削工具。
13. １３．請求項１１の切削工具において、コバルトは９．５から１３重量パーセン トの水準で存在していることを特徴とする切削工具。
14. １４．請求項１１の切削工具において、当該物理蒸着層は当該コーティングの最 も外側の層であることを特徴とする切削工具。
15. １５．請求項１の切削工具において、当該物理蒸着層と物理蒸着層の中の最も外 側の層は当該物理蒸着層であることを特徴とする切削工具。