JPH07122139B2 - 被覆超硬合金工具の製造方法 - Google Patents
被覆超硬合金工具の製造方法Info
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- JPH07122139B2 JPH07122139B2 JP22242789A JP22242789A JPH07122139B2 JP H07122139 B2 JPH07122139 B2 JP H07122139B2 JP 22242789 A JP22242789 A JP 22242789A JP 22242789 A JP22242789 A JP 22242789A JP H07122139 B2 JPH07122139 B2 JP H07122139B2
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明の旋削用超硬合金工具の改良に関するものであ
る。詳細には、より高速切削性能を向上した被覆超硬合
金工具の応用範囲の拡大に関する。
る。詳細には、より高速切削性能を向上した被覆超硬合
金工具の応用範囲の拡大に関する。
〈従来の技術〉 硬質相がWC、（WTiTa）Ｃ及びCoからなる超硬合金にTi
C、Al2O3、TiCN、TiN等を種々組み合わせた多層被覆工
具は、その適用範囲が広くかつ長寿命の切削工具、耐磨
工具等として実用に供せされている。
C、Al2O3、TiCN、TiN等を種々組み合わせた多層被覆工
具は、その適用範囲が広くかつ長寿命の切削工具、耐磨
工具等として実用に供せされている。
その製造方法は主としてCVD法、PVD法が用いられている
が、プロセス技術の進歩により様々な被覆方法もとられ
ている。
が、プロセス技術の進歩により様々な被覆方法もとられ
ている。
また、基体にはJIS Ｍ系超硬合金にTiNを微量添加した
合金が広く用いられ、窒素の添加により、脱β層等の表
面改質が計れ、より靱性が向上している。従来、耐摩耗
性重視の用途にはCVD法によりTiC、Al2O3等の多層被覆
が使用され耐欠損性重視の用途には強度の劣化が少ない
PVD法によりTiNを被覆した工具が適用されている。
合金が広く用いられ、窒素の添加により、脱β層等の表
面改質が計れ、より靱性が向上している。従来、耐摩耗
性重視の用途にはCVD法によりTiC、Al2O3等の多層被覆
が使用され耐欠損性重視の用途には強度の劣化が少ない
PVD法によりTiNを被覆した工具が適用されている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の様に従来の耐摩耗重視の用途には、TiC、Al2O3等
の被覆を実施し表面部に耐摩耗性の高い膜を被覆し効果
を上げているが、その反面、成膜時に基体と皮膜界面に
生ずる脆弱な脱炭層のため耐欠損性に弱いという欠点が
あり、その改善として基体の表面に軟化層を設けたり、
上記の脱β層等を設定したりしてその強度の改善を計っ
ている。しかし、基体中にカーボンを富化させること
は、基体中に耐塑性変形性、耐摩耗性を減ずるため、カ
ーボンは可能な限り低い法が好ましい。
の被覆を実施し表面部に耐摩耗性の高い膜を被覆し効果
を上げているが、その反面、成膜時に基体と皮膜界面に
生ずる脆弱な脱炭層のため耐欠損性に弱いという欠点が
あり、その改善として基体の表面に軟化層を設けたり、
上記の脱β層等を設定したりしてその強度の改善を計っ
ている。しかし、基体中にカーボンを富化させること
は、基体中に耐塑性変形性、耐摩耗性を減ずるため、カ
ーボンは可能な限り低い法が好ましい。
〈問題点を解決する手段〉 しかしながら、本発明者らはJIS Ｍ系超硬合金におい
て窒化物を添加する事により、カーボンを過剰に富化さ
せた状態においても、またカーボンが高炭素領域に属す
る領域においても、耐塑性変形性、耐摩耗性を劣化させ
ない検討をした結果、クリープ特性に着目し、窒化物を
微量添加したときに、耐クリープ性が著しく向上する事
を見いだした。
て窒化物を添加する事により、カーボンを過剰に富化さ
せた状態においても、またカーボンが高炭素領域に属す
る領域においても、耐塑性変形性、耐摩耗性を劣化させ
ない検討をした結果、クリープ特性に着目し、窒化物を
微量添加したときに、耐クリープ性が著しく向上する事
を見いだした。
この窒化物は4a、5a、6a族の窒化物、炭窒化物であれば
よく、その用途、目的に応じて、例えば高速連続切削等
にはNbN、TiN等が優れ、断続切削を含む様な用途、目的
にはTaN、ZrN、HfN等が優れる傾向があり、また複数の
窒化物、炭窒化物を使用しても同様な効果が得られる。
また添加量よりも焼結体にどの程度の窒化量を残存せさ
るかが重要である。
よく、その用途、目的に応じて、例えば高速連続切削等
にはNbN、TiN等が優れ、断続切削を含む様な用途、目的
にはTaN、ZrN、HfN等が優れる傾向があり、また複数の
窒化物、炭窒化物を使用しても同様な効果が得られる。
また添加量よりも焼結体にどの程度の窒化量を残存せさ
るかが重要である。
〈作用〉 以上のごとく、本発明の周期律表4a、5a、6a属の炭化
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WC基超硬合金を基体とし、 １）最終焼結体における窒素含有量が100〜6000ppmであ
り、 ２）その焼結体を基体とし、基体上に内層が0.5−10μ
ｍの有機CN化合物を反応ガスとするCVD法による炭窒化
チタン、 ３）中間層に1.0−10μｍのCVD法による炭化チタン、窒
化チタン、炭窒化チタンの１種または２種以上、 ４）最外層として0.5−５μｍのCVD法による酸化アルミ
ニウムを被覆することにより構成したことを特徴とする
被覆超硬合金工具の製造方法である。
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WC基超硬合金を基体とし、 １）最終焼結体における窒素含有量が100〜6000ppmであ
り、 ２）その焼結体を基体とし、基体上に内層が0.5−10μ
ｍの有機CN化合物を反応ガスとするCVD法による炭窒化
チタン、 ３）中間層に1.0−10μｍのCVD法による炭化チタン、窒
化チタン、炭窒化チタンの１種または２種以上、 ４）最外層として0.5−５μｍのCVD法による酸化アルミ
ニウムを被覆することにより構成したことを特徴とする
被覆超硬合金工具の製造方法である。
本発明による被覆工具の基体及び膜は以下の理由により
限定される。
限定される。
１）最終焼結体における窒素量 100〜6000ppm 4a属、5a属の窒化物を微量添加することにより結合相の
合金元素の固溶量が増加するためと考えられ、100ppm以
下では固溶量が充分でなく、また6000ppm以上では焼結
時に窒化物の分解によるガスのためポアーが発生しやす
くなるため、100〜6000ppmとした。
合金元素の固溶量が増加するためと考えられ、100ppm以
下では固溶量が充分でなく、また6000ppm以上では焼結
時に窒化物の分解によるガスのためポアーが発生しやす
くなるため、100〜6000ppmとした。
２）内層 0.5〜10μｍ 有機CN化合物を使用するCVD法 炭窒化チタン 内層が0.5μｍ未満ではＣの移動を抑制するのに充分な
効果がなく、また単層で10μｍを越えると著しく靱性を
阻害するために、0.5〜10μｍとした。
効果がなく、また単層で10μｍを越えると著しく靱性を
阻害するために、0.5〜10μｍとした。
３）中間層 0.1〜10μｍ CVD法 炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンの１種または２
種以上 中間層が1.0μｍ未満では充分な耐摩耗性を付与するこ
とが出来ず、10μｍをこえると一層として厚く成りすぎ
脆くなるため、1.0〜10μｍとした。
種以上 中間層が1.0μｍ未満では充分な耐摩耗性を付与するこ
とが出来ず、10μｍをこえると一層として厚く成りすぎ
脆くなるため、1.0〜10μｍとした。
また、２）３）を繰り返し被覆し、皮膜の粗粒化を防止
しつつ厚膜化を計った場合でも10μｍ以下が望ましい。
しつつ厚膜化を計った場合でも10μｍ以下が望ましい。
４）最外層 0.5〜５μｍ CVD法 酸化アルミニウム 最外層が0.5μｍ未満では充分な耐摩耗性を付与するこ
とが出来ず、５μｍをこえると一層として厚く成りすぎ
脆くなるため、1.0〜５μｍとした。
とが出来ず、５μｍをこえると一層として厚く成りすぎ
脆くなるため、1.0〜５μｍ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1.0μ
ｍ）、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、一般に旋削用の基体に
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。これらの粉末を配合
し、混合終了後、乾燥した後、プレス成形し、真空中14
00℃で1hr焼結したのち、抗折力試験片を製作した。
ｍ）、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、一般に旋削用の基体に
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。これらの粉末を配合
し、混合終了後、乾燥した後、プレス成形し、真空中14
00℃で1hr焼結したのち、抗折力試験片を製作した。
その焼結体の窒素含有量を分析するため、燃焼法による
窒化分析を行った結果を第１表に示す。
窒化分析を行った結果を第１表に示す。
第１表により、1.0％TiNを添加した合金の窒素量は1600
ppmであった。（配合量の添加量は2200ppmであり相当な
量が脱窒素を生じている。） また、高温クリープ、耐衝撃性、耐酸化性を試験し、第
１表に併記する。
ppmであった。（配合量の添加量は2200ppmであり相当な
量が脱窒素を生じている。） また、高温クリープ、耐衝撃性、耐酸化性を試験し、第
１表に併記する。
高温クリープ試験は抗折力試験片（JIS試験片）を不活
性ガス雰囲気中1000℃で３点曲げ試験を負荷応力50kg/c
m2で行い破断時間を調べた。耐熱衝撃性は同様なJIS試
験片を不活性ガス雰囲気中800℃で加熱した炉中に10分
間保持した後、20℃の水中に焼き入れし熱クラック発生
までの回数を調べた。さらに、耐酸化性試験では800
℃、大気中に１時間放置した後の増量で調べた。これら
の結果も併せて第１表に示す。
性ガス雰囲気中1000℃で３点曲げ試験を負荷応力50kg/c
m2で行い破断時間を調べた。耐熱衝撃性は同様なJIS試
験片を不活性ガス雰囲気中800℃で加熱した炉中に10分
間保持した後、20℃の水中に焼き入れし熱クラック発生
までの回数を調べた。さらに、耐酸化性試験では800
℃、大気中に１時間放置した後の増量で調べた。これら
の結果も併せて第１表に示す。
第１表より明らかなように、窒素の添加量の増加ととも
に、クリープ破断時間は延びるが、熱クラックには弱く
なる。また酸化増量は窒素量と反比例して減少する傾向
にある。
に、クリープ破断時間は延びるが、熱クラックには弱く
なる。また酸化増量は窒素量と反比例して減少する傾向
にある。
〈実施例２〉 実施例１で用いた合金より、SNMA432の形状のチップを
製作した。また、このチップをCVD反応炉中に設置し、H
2ガスを流しながら、800℃まで昇温した。800℃によりT
iCl4 ２％、CH3CN ２％、H2残からなる混合気体を流
量７リットル/min 圧力40mmHgの条件で供給し0.5時間
反応させ基体上にTiCNを２μｍ被覆した。そのチップ
を、さらに1000℃まで昇温し、混合気体をTiCl4 ２
％、N2 ２％の組成に変え６時間反応させ基体上にTiN
を６μｍ形成させた。次に混合気体をCO2 ２％ AlCl3
２％ H2残からなる混合気体を流量７リットル/min圧
力40mmHgの条件で供給し４時間反応させ基体上にAl2O3
を２μｍ被覆した。
製作した。また、このチップをCVD反応炉中に設置し、H
2ガスを流しながら、800℃まで昇温した。800℃によりT
iCl4 ２％、CH3CN ２％、H2残からなる混合気体を流
量７リットル/min 圧力40mmHgの条件で供給し0.5時間
反応させ基体上にTiCNを２μｍ被覆した。そのチップ
を、さらに1000℃まで昇温し、混合気体をTiCl4 ２
％、N2 ２％の組成に変え６時間反応させ基体上にTiN
を６μｍ形成させた。次に混合気体をCO2 ２％ AlCl3
２％ H2残からなる混合気体を流量７リットル/min圧
力40mmHgの条件で供給し４時間反応させ基体上にAl2O3
を２μｍ被覆した。
このチップを市販のTiC6μｍ−Al2O32μｍのチップと切
削試験を以下の条件で実施した。切削試験の条件は構造
用鋼丸棒の長手連続切削にて実施した。長手連続切削で
は耐クリープ試験と同様に負荷が加わり、切削性能上重
要な耐塑性変形性を確認した。
削試験を以下の条件で実施した。切削試験の条件は構造
用鋼丸棒の長手連続切削にて実施した。長手連続切削で
は耐クリープ試験と同様に負荷が加わり、切削性能上重
要な耐塑性変形性を確認した。
切削速度 200m/min 送り 0.2mm/rev 切込み 3.0mm 切削時間 ２分 その結果を第２表に示す。
第２表により、本発明のチップは窒素量の増加にともな
い塑性変形量が減少し、正常な摩耗を示したのに対し、
市販のチップは塑性変形が大きく、先端に異常な摩耗が
発生している。さらに、耐摩耗性を比較するため切削速
度を150m/minに変更した以外は同様な切削条件で丸棒を
使用して切削を行った。切削時間２分では各チップとも
大差ないが、切削時間30分での逃げ面最大摩耗性量は本
発明チップと市販チップでは定状摩耗での傾きが異なり
大きな差となった。
い塑性変形量が減少し、正常な摩耗を示したのに対し、
市販のチップは塑性変形が大きく、先端に異常な摩耗が
発生している。さらに、耐摩耗性を比較するため切削速
度を150m/minに変更した以外は同様な切削条件で丸棒を
使用して切削を行った。切削時間２分では各チップとも
大差ないが、切削時間30分での逃げ面最大摩耗性量は本
発明チップと市販チップでは定状摩耗での傾きが異なり
大きな差となった。
〈発明の効果〉 本発明の被覆超硬合金工具の製造方法を使用し、最終焼
結体における窒素量を特定することにより、基体中の耐
クラープ性を向上させ、刃先強度を増し、耐塑性変形
性、耐摩耗性を向上させたものであり、被覆工具の特徴
である高速連続切削分野へより適用範囲を広げた工具で
ある。
結体における窒素量を特定することにより、基体中の耐
クラープ性を向上させ、刃先強度を増し、耐塑性変形
性、耐摩耗性を向上させたものであり、被覆工具の特徴
である高速連続切削分野へより適用範囲を広げた工具で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 29/16 Ｚ Ｃ２３Ｃ 16/34 16/36 (72)発明者 井寄 裕介 千葉県成田市新泉13番地の２ 日立ツール 株式会社成田工場内 審査官 奥井 正樹
Claims (1)
- 【請求項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WC基超硬合金を基体とし、 １）最終焼結体における窒素含有量が100〜6000ppmであ
り、 ２）その焼結体を基体とし、基体上に内層が0.5−10μ
ｍの有機CN化合物を反応ガスとするCVD法による炭窒化
チタン、 ３）中間層に1.0−10μｍのCVD法による炭化チタン、窒
化チタン、炭窒化チタンの１種または２種以上、 ４）最外層として0.5−５μｍのCVD法による酸化アルミ
ニウムを被覆する ことにより構成したことを特徴とする被覆超硬合金工具
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22242789A JPH07122139B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 被覆超硬合金工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22242789A JPH07122139B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 被覆超硬合金工具の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0387368A JPH0387368A (ja) | 1991-04-12 |
| JPH07122139B2 true JPH07122139B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=16782226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22242789A Expired - Lifetime JPH07122139B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 被覆超硬合金工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122139B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2235807C (en) * | 1995-10-27 | 2001-07-24 | Teledyne Industries, Inc. | Anchored oxide coatings on hard metal cutting tools |
| US5925412A (en) * | 1997-07-01 | 1999-07-20 | Raghavan; Srimathy | Method of manufacturing a ceramic-coated metal guide pin |
| US7581906B2 (en) | 2004-05-19 | 2009-09-01 | Tdy Industries, Inc. | Al2O3 ceramic tools with diffusion bonding enhanced layer |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP22242789A patent/JPH07122139B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0387368A (ja) | 1991-04-12 |
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